题目
甲-|||-a/(m·s-2)-|||-30-|||-0 0.140.24-|||--10 t/s如图甲所示,倾角θ=37°的粗糙斜面固定在水平面上,斜面足够长。一根轻弹簧一端固定在斜面的底端,另一端与质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点)接触,滑块与弹簧不相连,弹簧处于压缩状态。当t=0时释放滑块。在0~0.24s时间内,滑块的加速度a随时间t变化的关系如图乙所示。已知弹簧的劲度系数k=2.0×102N/m,当t=0.14s时,滑块的速度v1=2.0m/s。g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:(1)斜面对滑块的摩擦力Ff的大小;(2)t=0.14s时滑块与出发点间的距离d;(3)在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x。
如图甲所示,倾角θ=37°的粗糙斜面固定在水平面上,斜面足够长。一根轻弹簧一端固定在斜面的底端,另一端与质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点)接触,滑块与弹簧不相连,弹簧处于压缩状态。当t=0时释放滑块。在0~0.24s时间内,滑块的加速度a随时间t变化的关系如图乙所示。已知弹簧的劲度系数k=2.0×102N/m,当t=0.14s时,滑块的速度v1=2.0m/s。g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:(1)斜面对滑块的摩擦力Ff的大小;
(2)t=0.14s时滑块与出发点间的距离d;
(3)在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x。
题目解答
答案
解:(1)由图乙可知,当t1=0.14 s时,滑块与弹簧开始分离,分离后滑块受重力、斜面的支持力和摩擦力。
分离后,滑块开始做匀减速直线运动,在这段过程中,由图乙可知,滑块加速度的大小为:a1=10 m/s2
根据牛顿第二定律有:
有mgsinθ+Ff=ma1
得 Ff=4.0 N。
(2)当t1=0.14 s时,弹簧恰好恢复原长,根据牛顿第二定律有:
kd-mgsin θ-Ff=ma
解得 d=0.20 m。
(3)设从t1=0.14 s时开始,经时间△t1速度减为零
△t1=$\frac{0-{v}_{1}}{-{a}_{1}}$=$\frac{2}{10}$s=0.20 s
x1=$\frac{0-{v}_{1}^{2}}{2(-{a}_{1})}$=$\frac{-{2}^{2}}{-2×10}$m=0.20 m。
t2=0.34 s时滑块速度减为零,此后滑块将反向做匀加速直线运动
a2=$\frac{mgsinθ-{F}_{f}}{m}$
解得 a2=2.0 m/s2。
由x2=$\frac{1}{2}$a2△t22,△t2=0.1s,解得 x2=0.01 m。
所以在0~0.44 s时间内,滑块运动的位移
s=d+x1-x2=0.39 m。
答:
(1)斜面对滑块的摩擦力Ff的大小是4.0N;
(2)t=0.14s时滑块与出发点间的距离d是0.20m;
(3)在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x是0.39m。
分离后,滑块开始做匀减速直线运动,在这段过程中,由图乙可知,滑块加速度的大小为:a1=10 m/s2
根据牛顿第二定律有:
有mgsinθ+Ff=ma1
得 Ff=4.0 N。
(2)当t1=0.14 s时,弹簧恰好恢复原长,根据牛顿第二定律有:
kd-mgsin θ-Ff=ma
解得 d=0.20 m。
(3)设从t1=0.14 s时开始,经时间△t1速度减为零
△t1=$\frac{0-{v}_{1}}{-{a}_{1}}$=$\frac{2}{10}$s=0.20 s
x1=$\frac{0-{v}_{1}^{2}}{2(-{a}_{1})}$=$\frac{-{2}^{2}}{-2×10}$m=0.20 m。
t2=0.34 s时滑块速度减为零,此后滑块将反向做匀加速直线运动
a2=$\frac{mgsinθ-{F}_{f}}{m}$
解得 a2=2.0 m/s2。
由x2=$\frac{1}{2}$a2△t22,△t2=0.1s,解得 x2=0.01 m。
所以在0~0.44 s时间内,滑块运动的位移
s=d+x1-x2=0.39 m。
答:
(1)斜面对滑块的摩擦力Ff的大小是4.0N;
(2)t=0.14s时滑块与出发点间的距离d是0.20m;
(3)在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x是0.39m。
解析
步骤 1:求解摩擦力F_f的大小
根据图乙,当t=0.14s时,滑块与弹簧分离,此时滑块开始做匀减速直线运动,加速度大小为a_1=10m/s^2。根据牛顿第二定律,有:
mgsinθ + F_f = ma_1
代入已知数据,求解F_f。
步骤 2:求解t=0.14s时滑块与出发点间的距离d
当t=0.14s时,弹簧恰好恢复原长,根据牛顿第二定律,有:
kd - mgsinθ - F_f = ma
代入已知数据,求解d。
步骤 3:求解在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x
从t=0.14s开始,滑块做匀减速直线运动,直到速度减为零,再反向做匀加速直线运动。根据运动学公式,求解位移x。
根据图乙,当t=0.14s时,滑块与弹簧分离,此时滑块开始做匀减速直线运动,加速度大小为a_1=10m/s^2。根据牛顿第二定律,有:
mgsinθ + F_f = ma_1
代入已知数据,求解F_f。
步骤 2:求解t=0.14s时滑块与出发点间的距离d
当t=0.14s时,弹簧恰好恢复原长,根据牛顿第二定律,有:
kd - mgsinθ - F_f = ma
代入已知数据,求解d。
步骤 3:求解在0~0.44s时间内,滑块运动的位移x
从t=0.14s开始,滑块做匀减速直线运动,直到速度减为零,再反向做匀加速直线运动。根据运动学公式,求解位移x。