在倾角为θ的长斜面上有一带风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块的质量为m,它与斜面间的动摩擦因数为μ,帆受到的空气阻力方向沿斜面且大小与滑块下滑的速度大小成正比,即Ff=kv.
(1)写出滑块下滑速度为v时加速度的表达式;
(2)写出滑块下滑的最大速度的表达式;
(3)若m=2kg,θ=30°,g取10m/s2,滑块从静止开始沿斜面下滑的速度图线如图所示,图中直线是t=0时刻速度图线的切线.求μ和k的值.
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-kv=ma
a=gsinθ-μgcosθ-
(2)分析上式,当v增加时,a减小,
当a=0时,v最大
vmax=
(3)图中直线是t=0时刻速度图线的切线,v-t图象中斜率代表加速度.
从v-t图可以得出vmax=2m/s
当t=0、v=0时,a=3m/s2
所以得:
10sin30°-μ×10cos30°=3
2=(sin30°-μcos30°)
解得:μ=,k=3N?s/m.
答:(1)滑块下滑速度为v时加速度的表达式是gsinθ-μgcosθ-;
(2)滑块下滑的最大速度的表达式是;
(3)μ=,k=3N?s/m.
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)图中直线是t=0时刻速度图线的切线,v-t图象中斜率代表加速度.
根据速度图线最终滑块做匀速运动,根据平衡条件列出等求解.
点评:本题解题的关键在于正确进行受力分析,同时能正确理解图象的意义,根据物体的运动状态,则可由共点力的平衡条件求解.