Question

用同種材料制成傾角為α=37°的斜面和長(zhǎng)水平面，斜面長(zhǎng)2.5m且固定，斜面與水平面之間有一段很小的弧形連接．一小物塊從斜面頂端以初速度v₀沿斜面向下滑動(dòng)，若初始速度v₀=2.0m/s，小物塊運(yùn)動(dòng)2.0s后停止在斜面上．減小初始速度v₀，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄下小物塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最終停下的時(shí)間t，做出相應(yīng)的t-v₀圖象如圖所示．（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s²）求：
（1）小物塊在斜面上下滑的加速度的大小和方向；
（2）小物塊與該種材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)；
（3）辨析題：求小物塊初速度v₀=3m/s滑下運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
某同學(xué)認(rèn)為，若小物塊初速度v₀=3m/s，則根據(jù)圖象可以推知小物塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最終停下的時(shí)間為3s．
該同學(xué)說(shuō)法是否正確？若正確，請(qǐng)求出物塊運(yùn)動(dòng)的位移；若不正確，請(qǐng)說(shuō)明理由，并解出物塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．

Answer 1

解：（1）=-1.0m/s²，
加速度的方向沿斜面向上．
（2）牛頓第二定律：垂直斜面方向 F_N=mgcosα；
平行于斜面方向 mgsinα-μF_N=ma
解出=0.875
（3）不正確．因?yàn)殡S著初速度v₀的增大，小物塊會(huì)滑到水平面上，規(guī)律將不再符合圖象中的正比關(guān)系
設(shè)小物塊在斜面上滑行位移s₁=2.5m時(shí)的速度減為v₁，
則v₁==2m/s
小物塊在斜面上滑行時(shí)間t₁=
小物塊在水平面上滑行，牛頓定律：-μmg=ma′
解出a′=-μg=-m/s²
小物塊在水平面上滑行時(shí)間t₂==s=0.23s
運(yùn)動(dòng)總時(shí)間t_總=t₁+t₂=（1+0.23）s=1.23s
答：（1）小物塊在斜面上下滑的加速度的大小為1.0m/s²，方向沿斜面向上．
（2）小物塊與該種材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.875．
（3）該同學(xué)說(shuō)法不正確，運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為1.23s．
分析：（1）通過(guò)圖線(xiàn)，根據(jù)速度時(shí)間公式求出加速度的大小和方向．
（2）根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合加速度的大小求出動(dòng)摩擦因數(shù)．
（3）若小物塊初速度v₀=3m/s，物塊有可能停止在水平面上，規(guī)律不再符合圖象中的正比關(guān)系．根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度位移公式，速度時(shí)間公式求出滑到底端時(shí)的速度和時(shí)間，再根據(jù)牛頓第二定律求出在水平面上的加速度，通過(guò)速度時(shí)間公式求出在水平面上的時(shí)間，從而求出總時(shí)間．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的綜合運(yùn)用，加速度是聯(lián)系力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁．