题目内容

一质量m=0.5kg的滑块以一定的初速度冲上一倾角θ=37°足够长的斜面,某同学利用传感器测出了滑块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的vt图象,如图所示.(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)滑块与斜面间的动摩擦因数
(2)判断滑块最后能否返回斜面底端?若能返回,求出返回斜面底端时的速度大小;若不能返回,求出滑块停在什么位置.
【答案】分析:(1)先用v-t图象求得滑块的加速度,然后根据牛顿第二定律求得合力,再受力分析,求解出支持力和滑动摩擦力,最后求解动摩擦因素;
(2)通过比较重力的下滑分量和最大静摩擦力的大小判断物体能否下滑,再结合牛顿第二定律和运动学规律计算求未知量.
解答:解:(1)由图象可知,滑块的加速度a==m/s2=10 m/s2
滑块冲上斜面过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据解得μ=0.5
即滑块与斜面间的动摩擦因数为0.5.
(2)由于μ<tan37°,故滑块速度减小到零时,重力的下滑分力大于最大静摩擦力,即mgsinθ>μmgcosθ,能再下滑.
由匀变速直线运动的规律,滑块向上运动的位移s==5 m
滑块下滑过程中根据牛顿第二定律,有mgsinθ-μmgcosθ=ma2,解得a2=2 m/s2
由匀变速直线运动的规律,滑块返回底端的速度v==m/s
故滑块最后能返回斜面底端;返回 斜面底端时的速度大小为m/s.
点评:本题关键对物体受力分析后,通过正交分解法求出合力,根据牛顿第二定律求得加速度,然后根据运动学公式求解未知量.
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