稿件来源:高途
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必修1
第四章 牛顿运动定律
4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)
斜面问题
京昆高速公路在四川省的雅西高速段是全国较为险峻的高速路,这里海拔高,临崖临壁,急转弯多,对于货车来说危险系数很大。为了保证行车安全,在这段路上设置了多条避险车道。如图所示,避险道路由制动坡床和防撞设施等组成,制动坡床视为水平面夹角为$\theta$(小角度)的斜面。一辆长$L=12 \;\rm m$的载有货物的货车因刹车失灵从主道驶入长为$100 \;\rm m$的制动坡床,当车速为$23\;\rm m/s$时,车尾位于制动坡床的底端。货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的$0.44$倍。取$\cos\theta=1$,$\sin\theta=0.1$,$g=10\;\rm m/s^{2}$。
驾驶员将货物固定在车厢内,货物与车厢间不发生相对滑动。货车在制动坡床上运行的加速度大小为 $\;\rm m/s^2$,运动的距离为 $\rm m$;
根据牛顿第二定律可得$mg\sin \theta+kmg=ma$
代入数据解得$a=g\sin \theta+kg=5.4\;\rm m/s^{2}$
运动的距离为$x=\dfrac{v_{0}^{2}}{2a}=\dfrac{23^{2}}{2 \times 5.4}\text{ m}=49.0\;\rm \text{m}$;
驾驶员由于疏忽大意没有将货物固定在车厢内,货物在车厢内向车头滑动。当货物在车厢内滑动了$s=4\;\rm m$时,车头距制动坡床顶端$d=38\;\rm m$。再过一段时间,货车停止。已知空货车质量$M$是货物质量$m$的$4$倍,货物与车厢间的动摩擦因数$\mu =0.4$;请分别求出此时货物和车厢加速度的大小和方向。
$5\\;\\rm m/s^{2}$,方向沿制动坡床向下,$5.5\\;\\rm m/s^{2}$,方向沿制动坡床斜面向下。
"]]分别对货物和车,根据牛顿第二定律可得$mg\sin \theta+\mu mg\cos \theta=ma_{1}$
$Mg\sin \theta+k(m+M)g − \mu mg\cos \theta=Ma_{2}$
所以$a_{1}=5\;\rm m/s^{2}$,$a_{2}=5.5\;\rm m/s^{2}$
方向均沿斜面向下。
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