一个质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2.从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F的作用,力F随时间的变化规律如图

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

一个质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2.从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F的作用,力F随时间的变化规律如图所示.重力加速度g=10m/s2
求:
(1)0~2s时间内物块运动的加速度a1的大小和方向;
(2)t=2s时物块运动的瞬时速度v1的大小和方向;
(3)0~6s时间内物块运动的位移的大小和方向.

◎ 答案

(1)据牛顿第二定律知:F-μmg=ma1
a1=
8-0.2×2×10
2
=2m/s2
加速度a1的方向向右.
(2)据速度公式有:v1=a1t1=2×2=4m/s
速度v1的方向向右.
(3)0~2s时间内物块运动的位移为
x1=
1
2
a1t12=
1
2
×2×22=4(m)
,方向向右;
2~4s时间内,物块先向右匀减速运动至速度为零,令加速度a2,用时t2
据牛顿第二定律有:a2=
F+μmg
m
=
6+0.2×2×10
2
=5m/s2
,方向向左
据速度公式有:0=v1+a2t2
t2=
0-v1
a2
=
0-4
-5
=0.8(s)

物体向右匀减速运动的位移:
x2=v1t2+
1
2
a2t22=4×0.8+
1
2
×(-5)×0.82=1.6(m)

2.8~4s时间内物块将向左静止开始匀加速运动,令加速度为a3,据牛顿第二定律有:a3=
F-μmg
m
=
6-0.2×2×10
2
=1m/s2
,方向向左;
物体向左静止开始匀加速运动的位移:x3=
1
2
a3t32=
1
2
×(-1)×1.22=-0.72(m)

4s时物体的速度:v3=a3t3=-1×1.2=-1.2(m/s),向左
4~6s时间内物块先向左匀减速运动,令加速度为a4,据牛顿第二定律知:a4=6m/s2
令向左匀减速到静止所用时间为t4
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