在倾角为37°的足够长的斜面上,一个质量为2.0kg的物体由静止释放,受到的空气阻力与其速度成正比(f=kv),最终物体匀速下滑的速度为v=2.0m/s.已知物体与斜面之间的动摩擦因数为μ=0.30,g取10m/s2.求:
(1)匀速下滑时空气阻力f多大?
(2)匀速下滑时重力的功率多大?
(3)物体沿斜面下滑速度v0=1.0m/s时的加速度a0多大?
解:(1)物体匀速下滑时受力情况如图,根据平衡条件得
mgsin37°=μmgcos37°+f
得到f=mgsin37°-μmgcos37°
代入解得f=7.2N;
(2)匀速下滑时重力的功率为P=mgsin37°v=2×10×0.6×2W=24W
(3)由题,空气阻力与其速度成正比,f=kv,则有
得到f
0=
=
根据牛顿第二定律得
mgsin37°-μmgcos37°-f
0=ma
得到a=g(sin37°-μcos37°)-
代入解得a
0=1.8m/s
2答:
(1)匀速下滑时空气阻力f为7.2N;
(2)匀速下滑时重力的功率24W.
(3)物体沿斜面下滑速度v
0=1.0m/s时的加速度a
0=1.8m/s
2.
分析:(1)分析物体的受力情况,物体匀速下滑时受力平衡,由平衡条件求出匀速下滑时空气阻力f.
(2)重力的功率为
(3)根据f=kv求出速度为速度v
0=1.0m/s时的空气阻力大小,根据牛顿第二定律求解加速度.
点评:本题是简单的物体平衡问题,分析受力情况是解题的关键和基础,要作好力图.重力的功率不等于mgv,要注意将重力进行分解.