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24、(14分)质量m=4kg的物体,与水平地面间的动摩擦因数μ=0.1,沿水平地面向右做直线运动,经过A点时速度为6m/s。物体过A点时开始计时,对物体施加水平恒力F作用,经过0.5s物体向右移动了2.5m到达B点;若过B点后的某时刻撤去水平恒力F,物体最后停在A的右方3.75m处。g=10m/s2。求:

(1)物体经过B点时的速度;

(2)撤去水平恒力F的时刻t.


答案与解析:

解:(1)首先判断F的方向。假设没有水平恒力F,物体作减速运动的加速度大小为a0,物体从开始运动到静止需要的时间为t0

μmg=ma0,a0=1m/s2   V=V0-a0t0,t0=6s>0.5s。

则物体在0.5s内以a0=1m/s2做匀减速运动的位移大小。

,x0=2.875m>2.5m。

说明力F向左

,a1=4m/s2。向左

F+f=ma1   F=12N

f=μmg   VB=VA-a1t1   VB=4m/s

(2)由于F>f,先判断是在速度减小到0之前撤去力F,还是物体在反向加速阶段撤去力F。假设在速度减小到0时才撤去力F,则在这段时间内的位移大小为x1

0-VB2=-2a1x1,x1=2m

x1+xAB=4.5m>3.75m

说明不可能在速度减小到零之前撤去力F

设从B点到速度为0所用时间为t2

0=VB-a1t2   t2=1.0s

反向加速阶段有:

F-f=ma2   a2=2m/s2

撤去力F向加速度大小a3=a0=1m/s2反向加速和滑行到停止总位移大小。

x2=2m-(3.75m-2.5m)=0.75m

设撤去力F时速度大小为V

V=1m/s   V=a2t3     t3=0.5s

t=t1+t2+t3=2.0s。