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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
如图所示,水平平台$ab$长为$20\;\rm m$,平台$b$端与长度为$20\;\rm m$的由特殊材料制成的斜面$bc$平滑连接(物块通过$b$端的速度大小不变,方向改变),斜面倾角为$30^\circ $。在平台$a$端放上质量为$5\;\rm kg$的物块,并给物块施加与水平方向成$37^\circ $角的斜向下$50\;\rm N$推力后,物块由静止开始运动。已知物块与平台间的动摩擦因数为$0.4$,重力加速度$g=10\;\rm m/s^{2}$,$\sin 37^\circ =0.6$(下列计算结果可用分数、根号表示)
求物块由$a$运动到$b$所用的时间;
$5\\;\\rm s$
"]]以物体为对象,根据牛顿第二定律可得$F\cos 37^\circ-\mu (F\sin 37^\circ +mg)=ma_{1}$
解得加速度为$a_{1}=1.6\;\rm m/s^{2}$
根据运动学公式可得$x_{ab}=\dfrac{1}{2}a_{1}t^{2}$
解得物块由$a$运动到$b$所用的时间为$t=\sqrt{\dfrac{2 \times 20}{1.6}}\;\text{s}=5\;\rm \text{s}$
物块运动到$b$端后,撤去推力$F$,物块沿斜面$bc$加速下滑。若从$b$端下滑到$c$端的时间为$2\;\rm s$,求物块与斜面间的动摩擦因数;
$\\dfrac{\\sqrt{3}}{5}$
"]]物块运动到$b$端时速度为$v_{b}=a_{1}t=8\;\rm m/s$
又$x_{bc}=v_{b}t'+\dfrac{1}{2}a'{t'}^{2}$
代入数据解得$a'=2\;\rm m/s^{2}$
在斜面上,根据牛顿第二定律可得$mg\sin 30^\circ-\mu 'mg\cos 30^\circ =ma'$
解得物块与斜面间的动摩擦因数为$\mu'=\dfrac{\sqrt{3}}{5}$
若物块从$a$端运动到$P$点时撤掉推力,物块刚好能运动到$b$端,求$a$、$P$两点间的距离。
$\\dfrac{100}{7}\\ \\text{m}$
"]]物块从$a$到$P$有$v_{P}^{2}=2a_{1}x_{1}$
物块由$P$到$b$有$v_{P}^{2}=2a_{2}x_{2}$
且$a_{2}=\dfrac{\mu mg}{m}=\mu g$
又$x_{ab}=x_{1}+x_{2}$
联立解得$a$、$P$距离为$x_{1}=\dfrac{100}{7}\ \text{m}$
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