题目内容

10.如图所示,一物块(可视为质点)从斜坡的顶端A由静止开始下滑,此时有一位行人距坡底C点的距离CE为16m,正以2m/s的速度沿CE方向在水平地面上做匀速直线运动.已知斜坡的高AB为60m,长AC为100m,物块与斜坡和水平地面间的动摩擦因数均为0.5,物块在水平面上也沿CE方向运动,不计物块通过C点的机械能损失,取重力加速度g=10m/s2.
(1)求物块沿斜坡滑下的加速度大小;
(2)试分析此种情况下,物块是否会撞上行人.

分析 (1)根据牛顿第二定律求出物块在斜坡上滑下时的加速度.
(2)根据速度位移公式求出物块到达C点时的速度,根据牛顿第二定律求出物块在水平面上的加速度,抓住物块和人速度相等时,两者的位移关系判断是否相撞.

解答 解:(1)由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma1,
由题意可知:sinθ=$\frac{AB}{AC}$=$\frac{60}{100}$=0.6,则cosθ=0.8,
解得:a1=2m/s2;
(2)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,
到达C时的速度:vC=$\sqrt{2{a}_{1}AC}$=$\sqrt{2×2×100}$=20m/s,
物块在斜面上的运动时间:t1=$\frac{{v}_{C}}{{a}_{1}}$=$\frac{20}{2}$=10s,
物块在水平面上做匀减速直线运动,
由牛顿第二定律可知,加速度:a2=$\frac{μmg}{m}$=μg=5m/s2,
物块减速至v=v人=2m/s过程的位移:x2=$\frac{{v}_{C}^{2}-{v}_{人}^{2}}{2{a}_{2}}$=$\frac{2{0}^{2}-{2}^{2}}{2×5}$=39.6m,
物块减速至2m/s需要的时间:t2=$\frac{{v}_{C}-{v}_{2}}{{a}_{2}}$=$\frac{20-2}{5}$=3.6s,
从物块下滑到物块速度为2m/s过程人的位移:
x人=v人(t1+t2)=2×(10+3.6)=27.2m,
x人+CE=27.2+16=43.2m>x2=39.6m,物块不会撞上行人;
答:(1)物块沿斜坡滑下的加速度大小为2m/s2;
(2)物块不会撞上行人.

点评 本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.分析能否追及时,只要研究两者速度相等时位移的情况即可.

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