题目内容

用同种材料制成倾角为α=37°的斜面和长水平面,斜面长2.5 m且固定,斜面与水平面之间有一段很小的弧形连接.一小物块从斜面顶端以初速度v0沿斜面向下滑动,若初始速度v0=2.0 m/s,小物块运动2.0 s后停止在斜面上.减小初始速度v0,多次进行实验,记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t,作出相应的t-v0图象如图所示.求:

(1)小物块在斜面上下滑的加速度.

(2)小物块与该种材料间的动摩擦因数.

(3)某同学认为,若小物块初速度v0=3 m/s,则根据图象可以推知小物块从开始运动到最终停下的时间为3 s.

以上说法是否正确?若正确,请给出推导过程;若不正确,请说明理由,并解出正确的结果.

答案:
解析:

  (1)=-1.0 m/s2,(2分)

  加速度的方向沿斜面向上(1分)

  (2)牛顿第二定律:

  垂直斜面方向

  FN=mgcosα;(1分)

  平行于斜面方向 mgsinα-μFN=ma(1分)

  解出=0.875(2分)

  (3)不正确.因为随着初速度v0的增大,小物块会滑到水平面上,规律将不再符合图象中的正比关系(1分)

  设小物块在斜面上滑行位移s1=2.5 m时的速度减为v1,

  则v1===2 m/s(1分)

  小物块在斜面上滑行时间t1=(1分)

  小物块在水平面上滑行,牛顿定律:-μmg=m(1分)

  解出=-μg=-m/s2(1分)

  小物块在水平面上滑行时间t2==0.23 s(1分)

  运动总时间t总=t1+t2=(1+0.23)s=1.23 s(1分)


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