题目内容

6.如图、一质量m=1kg的小物块,以v0=3m/s的初速度,在与斜面成某一角度的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2s的时间物块由A点运动到B点,A、B两点间的距离L=10m.已知斜面倾角α=37°,物块与斜面之间的动摩擦因数μ=$\frac{3}{4}$.重力加速度g取10m/s2.求:
(1)物块加速度的大小;
(2)使拉力F取到最小值,F与斜面的夹角β以及F的最小值;
(3)使拉力F取到最小值,F在2s内的平均功率.

分析 (1)根据匀变速直线运动的位移时间公式求出物块的加速度.
(2)若拉力F与斜面成β角,根据垂直于斜面和平行于斜面上的受力,列出方程求出F的表达式,灵活运用三角函数公式求出最小值
(3)求得AB间运动的平均速度,根据P=Fvcosβ求得平均功率.

解答 解:(1)从A到B有位移时间公式$s={v}_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^{2}$解得a=2m/s2
(2)设拉力与斜面的夹角为β,对物体受力分析根据牛顿第二定律可得
Fcosβ-mgsinα-μ(mgcosα-Fsinβ)=ma,
解得$F=\frac{ma+mgsinα+μmgcosα}{cosβ+μsinβ}$,
当$β=arctan(\frac{3}{4})=3{7^0}$时,F取最小值为F=11.2N;
(3)在从A运动答B的过程中平均速度为$\overline v=\frac{s}{t}=5m/s$,
拉力的平均功率为${P_F}=F•\overline v•cosβ=44.8W$.
答:(1)物块加速度的大小为2m/s2;
(2)使拉力F取到最小值,F与斜面的夹角β为37°,F的最小值为11.2N;
(3)使拉力F取到最小值,F在2s内的平均功率为44.8W.

点评 本题是已知运动情况确定受力情况,关键先根据运动学公式求解加速度,然后根据牛顿第二定律列式讨论

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