倾角为θ?的长斜面上有一带帆的滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块的质量为m,它与斜面的动摩擦因数为μ,帆受空气阻力与滑块下滑速度在平方成正比,即f=kv2,求:
(1)滑块加速度的表达式,
(2)滑块下滑时最大速度的表达式,
(3)若m=0.2kg,θ=30°,滑块从静止开始下滑的a和v随s变化关系如表所示,由此求出μ和k的值.
s(m)00.51.01.52.02.53.0v(m/s)01.001.781.921.972.002.00a(m/s2)3.002.250.62?0.240.0900
网友回答
解:(1)滑块在斜面上受到重力、支持力、摩擦力和空气阻力作用做加速运动.
根据牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ-kv2=ma,
解得a=gsinθ-μgcosθ-,
(2)分析上式,当v增加时,a减小,
当a=0时,v最大
则mg?sin?θ-μmg?cos?θ=kvm2,
得vm=,
(3)由上述两式相减得kvm2-kv2=ma,
由表中最后一列数据得vm=2?m/s,
由表中第一列数据代入得:
(4-0)k=3×0.2,
所以k=0.15,
代入第(2)小题式得:
0.2×10×0.5-0.2×10×0.866μ=3×0.2
解得:μ=0.23
答:(1)滑块加速度的表达式为a=gsinθ-μgcosθ-;
(2)滑块下滑时最大速度的表达式为vm=;
(3)若m=0.2kg,θ=30°,滑块从静止开始下滑的a和v随s变化关系如表所示,则μ为0.23,k为0.15.
解析分析:(1)对滑块进行受力分析,根据牛顿第二定律求出滑块下滑速度为v时加速度的表达式
(2)根据第一问中得到加速度a与v的关系,当a=0时,v最大,写出滑块下滑的最大速度的表达式.
(3)根据(1)(2)两问求出速度与加速度的关系式,根据表格可知,当v=0时,a=3m/s2,当a=0时,v=2m/s,带入即可求解.
点评:本题解题的关键在于正确进行受力分析,要求同学们能根据表格得出有效信息,难度适中.