题目内容

14.质量为10kg的物体在一水平推力F作用下,从粗糙斜面的底端由静止开始沿固定斜面向上做匀加速直线运动,加速度大小为5m/s2,2秒钟后撤去该力F.物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,斜面与水平地面的夹角θ=37°.(已知 sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2) 
求(1)力F的大小
(2)物体在前两秒内的位移及两秒末的速度.
(3)物体返回斜面底端时的速度大小.

分析 根据牛顿第二定律求出力的大小;
结合速度时间公式求出撤力时的速度,结合位移时间公式求出物体的位移,再结合牛顿第二定律求出撤去推力后的加速度,根据速度位移公式求出继续上滑的位移,从而得出物体运动到最高点的总位移.再由速度和位移关系可求得速度大小.

解答 解:在外力F作用下,物体的受力如左图所示,根据牛顿第二定律得:
Fcos37°-mgsin37°-μ(mgcos37°+Fsin37°)=ma
代入数据得:F=200N;
(2)根据速度时间公式得:v=at1=5×2m/s=10m/s.
物体匀加速直线运动的位移为:x1=$\frac{1}{2}$at12=$\frac{1}{2}$×5×22=10m
(3)撤去力F后物体匀减速直线运动,根据牛顿第二定律:ma′=mgsin37°+μmgcos37°
代入数据得:a′=8m/s2.
则物体向上做匀减速直线运动的位移为:x2=$\frac{{v}^{2}}{2a′}$=3.2m
则物体运动到最高点的总位移为:x=x1+x2=13.2m.
向下滑动的加速度a2=gsin37°-μgcos37°=4m/s2;
则由速度和位移关系可知:v2=2a2x
解得:v=10.3m/s
答:(1)(1)力F的大小为200N
(2)物体在前两秒内的位移为10m;两秒末的速度为10m/s.
(3)物体返回斜面底端时的速度大小为10.3m/s.

点评 解决本题的关键能够对物体正确地受力分析,运用牛顿第二定律和运动学公式进行求解,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.

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