Question

如圖所示，傾角為37°、足夠長的斜面體固定在水平地面上，小木塊在沿斜面向上的恒定外力F作用下，從斜面上的A點由靜止開始向上作勻加速運動，前進了4.0m抵達B點時，速度為8m/s．已知木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5，木塊質(zhì)量m=1kg．g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8．
（1）木塊所受的外力F多大？
（2）若在木塊到達B點時撤去外力F，求木塊還能沿斜面上滑的距離S；
（3）為使小木塊再次通過B點的速率為

8

5

5

m/s，求恒力F連續(xù)作用的最長時間t．

Answer 1

分析：（1）木塊從A到B過程，做勻加速運動，已知初速度、位移和末速度，由位移與速度關(guān)系公式求出加速度，再由牛頓第二定律求解外力F．
（2）撤去外力F，木塊做勻減速運動，再由牛頓第二定律求出加速度，再由位移與速度關(guān)系公式求出木塊還能沿斜面上滑的距離S．
（3）外力撤去后，木塊將沿斜面向上做勻減速運動．當(dāng)木塊滑動最高后下滑，由牛頓第二定律求出下滑的加速度，由運動學(xué)公式求出下滑的距離，得到上滑的總位移，根據(jù)上滑過程勻加速運動和勻減速運動的位移等于總位移，求出時間．

解答：解：（1）設(shè)外加恒力F時小木塊的加速度為a₁：
    由勻加速直線運動的規(guī)律得：

v

2 B

=2a1s1           ①
    根據(jù)牛頓第二定律得：F-mgsinθ-μmgcosθ=ma₁      ②
    聯(lián)立①②代入數(shù)據(jù)解得：F=18N
   （2）設(shè)小木塊繼續(xù)上滑的加速度大小為a₂
   由牛頓第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma₂
      a₂=gsinθ+μgcosθ
      還能上滑的距離S=

vB2

2a2

      聯(lián)立解得S=3.2m
   （3）當(dāng)小木塊運動一段時間后撤去外力，且向下運動經(jīng)過B點的速度為

8

5

5

m/s時，恒力作用的時間有最大值．
   設(shè)小木塊向下運動的加速度為a₃，則a₃=gsinθ-μgcosθ
   向下運動至B點的距離為S₃，則v²=2a₃S₃
   設(shè)恒力作用的最長時間為t₁，撤去恒力向上減速至零所用時間為t₂，則：a₁t₁=a₂t₂
           

1

2

a1t12+

1

2

a2t22=S1+S3
         聯(lián)立解得t₁=1s
答：（1）木塊所受的外力F為18N；
    （2）若在木塊到達B點時撤去外力F，木塊還能沿斜面上滑的距離S為3.2m；
    （3）為使小木塊向下通過B點的速率為

8

5

5

m/s，恒力F連續(xù)作用的最長時間t=1s．

點評：本題運用牛頓第二定律與運動公式結(jié)合處理動力學(xué)問題，也可以應(yīng)用動能定理研究更簡捷．