Question

16．如圖（a）所示，“”形木塊放在光滑水平地面上，木塊水平表面AB粗糙，光滑表面BC與水平面夾角為θ=37°．木塊右側(cè)與豎直墻壁之間連接著一個力傳感器，當(dāng)力傳感器受壓時，其示數(shù)為正值；當(dāng)力傳感器被拉時，其示數(shù)為負(fù)值．一個可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從C點(diǎn)由靜止開始下滑，運(yùn)動過程中，傳感器記錄到的力和時間的關(guān)系如圖（b）所示．已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s²．求：

（1）斜面BC的長度；
（2）滑塊的質(zhì)量；
（3）運(yùn)動過程中滑塊發(fā)生的位移．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)滑塊沿斜面BC向下運(yùn)動時，滑塊對斜面有斜向右下方的壓力，則力傳感器受到壓力．由圖讀出滑塊運(yùn)動的時間為t=1s，由牛頓第二定律求出滑塊的加速度，即可由位移公式求解斜面BC的長度．
（2）滑塊對斜面的壓力為N₁′=mgcosθ，木板對傳感器的壓力為：F₁=N₁′sinθ，由圖讀出F₁，即可求得滑塊的質(zhì)量．
（3）求出滑塊滑到B點(diǎn)的速度，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，根據(jù)運(yùn)動學(xué)基本公式求出位移．

解答 解：（1）分析滑塊受力，由牛頓第二定律得：
得：a₁=gsinθ=10×0.6=6m/s²
通過圖象可知滑塊在斜面上運(yùn)動時間為：t₁=1s
由運(yùn)動學(xué)公式得：L=$\frac{1}{2}$a₁t₁²=$\frac{1}{2}×$6×1²=3m
（2）滑塊對斜面的壓力為：N₁′=mgcosθ
木板對傳感器的壓力為：F₁=N₁′sinθ
由圖象可知：F₁=12N
得：m=2.5kg
（3）滑塊滑到B點(diǎn)的速度為：v₁=a₁t₁=6m/s
由圖象可知：f₁=5N，t₂=2s
a₂=$\frac{f}{m}$=$\frac{5}{2.5}$m/s²=2m/s² 
s=v₁ t₂-$\frac{1}{2}$a₂t₂²=6×2$-\frac{1}{2}$×2×2²m=8m 
答：（1）斜面BC的長度為3m；
（2）滑塊的質(zhì)量2.5kg；
（3）運(yùn)動過程中滑塊發(fā)生的位移為8m．

點(diǎn)評 本題要讀懂F-t圖象，分析滑塊的受力情況和運(yùn)動情況，關(guān)鍵要抓住木板對傳感器的壓力與滑塊對斜面BC壓力的關(guān)系．