Question

20．如圖1所示，質(zhì)量足夠大、截面是直角梯形的物塊靜置在光滑水平地面上，其兩個(gè)側(cè)面恰合與兩個(gè)固定在地面上的壓力傳感器X和Y相接觸，圖AB高H=0.3m，AD長(zhǎng)L=0.5m，斜面傾角θ=37°有一質(zhì)量m=1kg的小物塊p（圖中未畫出），它與斜面的動(dòng)磨擦因數(shù)μ可以通過(guò)更換斜面的材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍是0≤μ≤1，取sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s²．

（1）在A點(diǎn)給P一個(gè)沿斜面向上的初速度v₀=3m/s，使之恰好能到達(dá)D點(diǎn)，求此時(shí)動(dòng)摩擦因數(shù)μ的值；
（2）在第（1）問(wèn)中若μ=0.5，求p落地時(shí)的動(dòng)能；
（3）對(duì)于不同的μ，每次都在D點(diǎn)給p一個(gè)沿斜面向下足夠大的初速度以保證它能滑離斜面．在p沿斜面下滑過(guò)程中，通過(guò)壓力傳感器能讀出X或Y對(duì)大物塊的水平壓力F，取水平向左為正方向，試寫出F隨μ變化的關(guān)系表達(dá)式，并在坐標(biāo)系中畫出其函數(shù)圖象．

Answer 1

分析 （1）對(duì)A到D過(guò)程，由動(dòng)能定理可求得動(dòng)摩擦因數(shù)μ的值；
（2）設(shè)上滑的位移為S，由動(dòng)能定理可求得上滑的高度；對(duì)全程由動(dòng)能定理可求得落地時(shí)的動(dòng)能；
（3）對(duì)梯形物塊進(jìn)行受力分析，由共點(diǎn)力的平衡條件可求得F的表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式可畫出圖象．

解答 解：（1）小物塊從A運(yùn)動(dòng)到D時(shí)速度為零，由動(dòng)能定理得：
-（mgsinθ+μmgcosθ）L=0-$\frac{1}{2}$mv₀²
代入數(shù)據(jù)解得：μ=$\frac{3}{8}$=0.375；
（2）設(shè)小物塊沿斜面上滑位移為S時(shí)速度為零，則由動(dòng)能定理：
-（mgsinθ+μmgcosθ）s=0-$\frac{1}{2}$mv₀²；
代入數(shù)據(jù)解得：S=0.45m；
設(shè)落地時(shí)P的動(dòng)能為E_K，則由動(dòng)能定理：
   mgH-μmgcosθ•2S=E_K-$\frac{1}{2}$mv₀²
代入數(shù)據(jù)解得：p落地時(shí)的動(dòng)能 E_K=3.9J；
（3）P在斜面上下滑的過(guò)程中，梯形物塊的受力如圖所示，設(shè)梯形物體塊的質(zhì)量為M．由平衡條件可得：
F+Nsinθ=fcosθ；
N=mgcosθ
又 f=μN(yùn)=μmgcosθ；
聯(lián)立以上三式，代入數(shù)據(jù)得：F=6.4μ-4.8；畫出其函數(shù)圖象如圖．
答：（1）動(dòng)摩擦因數(shù)為0.375；
（2）落地時(shí)的動(dòng)能為3.9J；
（3）F隨μ變化的關(guān)系表達(dá)式為F=6.4μ-4.8，圖象如圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查動(dòng)能定理的應(yīng)用，在解題時(shí)要正確進(jìn)行受力分析，并且合理選擇研究過(guò)程，找出正確的物理規(guī)律求解．