题目内容

20.实验小组为了探究物体在倾角不同的斜面上的运动情况,将足够长的粗糙木板的一端固定在水平地面上,使物体以大小相同的初速度v0由底端冲上斜面,每次物体在斜面上运动过程中斜面倾角保持不变.在倾角θ从0°逐渐增大到90°的过程中(  )
A.物体的加速度增大
B.物体的加速度减小
C.物体在斜面上能达到的最大位移先增大后减小
D.物体在斜面上能达到的最大位移先减小后增大

分析 以滑块为研究对象进行受力分析,根据牛顿第二定律求解加速度大小;根据匀变速直线运动的速度位移关系位移大小.

解答 解:A、B、以滑块为研究对象进行受力分析如图所示,设物体与斜面之间的动摩擦因数为μ:
沿木板方向根据牛顿第二定律可知:mgsinθ+f=ma,
而f=μN=μmgcosθ,所以a=gsinθ+μgcosθ;
令tanβ=μ
则:a=$g•\sqrt{1+{μ}^{2}}sin(θ+β)$
可知当斜面与水平面之间的夹角等于arctanμ时,加速度有最大值,所以当θ从0增大到90°的过程中,物体的加速度先增大后减小.故AB错误;
C、D、根据匀变速直线运动的速度位移关系可得,滑块上滑的位移大小为:$x=\frac{{v}_{0}^{2}}{2a}$,
由此可得,初速度一定,加速度越大,运动的位移越小,所以物体在斜面上能达到的最大位移先减小后增大.故C错误、D正确.
故选:D

点评 对于牛顿第二定律的综合应用问题,关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况,利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度,再根据题目要求进行解答;知道加速度是联系静力学和运动学的桥梁.

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