高中 | 斜面问题 题目答案及解析

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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

可爱的企鹅喜欢在冰面上玩游戏。如图所示,有一企鹅在倾角为$\theta=30^\circ$的倾斜冰面上,先以加速度$a=1\;\rm m/s^{2}$从冰面底部由静止开始沿直线向上“奔跑”,$t=3\;\rm s$时,突然卧倒以肚皮贴着冰面向前滑行,最后退滑到出发点,完成一次游戏(企鹅在滑动过程中姿势保持不变)。若企鹅肚皮与冰面间的动摩擦因数$\mu=\dfrac{\sqrt{3}}{6}$$g=10\;\rm m/s^{2}$,求:

企鹅向上“奔跑”的位移大小及$3\;\rm s$末的速度大小;

[["

$4.5\\;\\rm m$$3\\;\\rm m/s$

"]]

根据运动学公式,企鹅向上“奔跑”的位移大小$x=\dfrac{1}{2}at^{2}=\dfrac{1}{2} \times 1 \times 3^{2}\;\rm \text{m}=4.5\;\rm \text{m}$

$3\;\rm s$末的速度大小$v=at=1 \times 3\;\rm m/s=3\;\rm m/s$

企鹅肚皮贴着冰面向上、向下滑行时,加速度$a_{1}$$a_{2}$的大小。

[["

$a_{1}=7.5\\;\\rm m/s^{2}$$a_{2}=2.5\\;\\rm m/s^{2}$

"]]

企鹅肚皮贴着冰面向上滑行时,受到的滑动摩擦力向下,根据牛顿第二定律可得$mg\sin \theta+\mu mg\cos \theta=ma_{1}$

解得加速度大小为$a_{1}=7.5\;\rm m/s^{2}$

企鹅肚皮贴着冰面向下滑行时,受到的滑动摩擦力向上,根据牛顿第二定律可得$mg\sin \theta − \mu mg\cos \theta=ma_{2}$

解得加速度大小为$a_{2}=2.5\;\rm m/s^{2}$

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