Question

3．如圖所示，斜面傾角為θ，質(zhì)量為m的滑塊在距擋板P的距離為s₀的A點(diǎn)以初速度v₀沿斜面上滑，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，滑塊所受摩擦力小于滑塊沿斜面的“下滑力”，若滑塊每次與擋板相碰，碰后以原速率返回，無(wú)動(dòng)能損失，求滑塊停止運(yùn)動(dòng)前在斜面上經(jīng)過(guò)的路程．

Answer 1

分析 滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力，滑塊與擋板碰撞后向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，不能停在最高點(diǎn)，又向下滑動(dòng)，滑塊的機(jī)械能不斷減小，最終滑塊停在斜面底部．滑塊摩擦生熱與總路程成正比Q=fs，s是總路程．在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑塊和擋板的碰撞沒(méi)有能量損失，重力勢(shì)能和動(dòng)能減小轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，根據(jù)能量守恒求解．

解答 解：滑塊最終停在斜面底部，設(shè)滑塊經(jīng)過(guò)的總路程為s，
取斜面底邊所在的水平面為零勢(shì)能面，
根據(jù)能量守恒定律，滑塊的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：E_內(nèi)=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$+mgs₀sinθ
滑塊克服摩擦力所做的功：W=μmgscosθ，
對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程應(yīng)用功能關(guān)系：W=E_內(nèi)
解得：s=$\frac{1}{μ}（\frac{{v}_{0}^{2}}{2gcosθ}+{s}_{0}tanθ）$．
答：滑塊停止運(yùn)動(dòng)前在斜面上經(jīng)過(guò)的路程為$\frac{1}{μ}（\frac{{v}_{0}^{2}}{2gcosθ}+{s}_{0}tanθ）$．

點(diǎn)評(píng) 本題首先要通過(guò)分析判斷出滑塊最終停在斜面的底部；二要抓住滑動(dòng)摩擦力做功與總路程有關(guān)，也可以應(yīng)用動(dòng)能定理求解．