Question

如圖所示，一足夠長(zhǎng)的光滑斜面傾角為θ=30°，斜面AB與水平面BC連接，質(zhì)量m=2kg的物體置于水平面上的D點(diǎn)，D點(diǎn)距B點(diǎn)的距離d=7m．物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，開(kāi)始物體受到一水平向左的恒力F=8N的作用，經(jīng)t=2s后撤去，不考慮物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的能量損失，重力加速度g取10m/s²．求撤去拉力F后，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)？

Answer 1

解：物體在水平面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程：設(shè)撤去F前后物體的加速度大小分別為a₁、a₂，
由牛頓第二定律得：F-μmg=ma₁，μmg=ma₂，
代入解得a₁=2m/s²，a₂=2m/s²．
恒力F作用t=2s后物體的位移為x₁=a₁t₂=4m，
此時(shí)物體的速度為v=a₁t₁=4m/s
設(shè)撤去拉力F后，物體第一次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的時(shí)間為t₁，
則由d-x₁=vt₁-a₂t₁²
代入解得 t₁=1s（另一解t₁=3s，舍去，根據(jù)t₁=3s，判斷出物體到不了B點(diǎn)）
物體在斜面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程：設(shè)加速度大小為a₃，
則mgsin30°=ma₃，a₃=5m/s²．
由上可得物體滑到B點(diǎn)時(shí)速度大小為v₀=v-a₂t₁=2m/s
則物體物體在斜面上滑行的總時(shí)間t₂==0.8s
所以物體第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的時(shí)間為t₃=t₁+t₂=1.8s．
答：撤去拉力F后，物體兩次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)，第一次時(shí)間為1s，第二次時(shí)間為1.8s．
分析：未撤去F時(shí)，由牛頓第二定律求出物體的加速度，由位移公式求出此過(guò)程滑行的位移，再由牛頓第二定律求出撤去F后物體滑行的加速度，由位移公式求出物體第一次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的時(shí)間．物體滑上斜面后，由牛頓第二定律求出加速度大小，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體在斜面上滑行的總時(shí)間，再求解物體第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的時(shí)間．
點(diǎn)評(píng)：本題是牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合應(yīng)用，關(guān)鍵要抓住物體在斜面上運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱(chēng)性，上滑和下滑時(shí)間相等，不能漏解．