视频字幕
这是一个斜面滑块运动问题。质量为0.5千克的滑块以初速度5米每秒冲上倾角37度的斜面。我们需要根据速度时间图象来分析滑块的运动过程,求出动摩擦因数,并判断滑块能否返回斜面底端。
通过分析速度时间图象,我们可以得出重要信息。滑块的初始速度是5米每秒,经过2秒后速度降为0。整个过程中滑块做匀减速直线运动,加速度为负2.5米每秒平方。这个加速度是由重力沿斜面的分量和摩擦力共同造成的。
现在我们进行受力分析来求动摩擦因数。滑块在斜面上受到重力、正压力和摩擦力。重力可以分解为沿斜面向下的分量mg sin theta和垂直斜面的分量mg cos theta。摩擦力沿斜面向上,大小为μmg cos theta。
让我重新分析这个问题。滑块在斜面上减速运动,加速度为负2.5米每秒平方。考虑到重力沿斜面分量为6米每秒平方向下,而实际加速度只有2.5米每秒平方向下,说明摩擦力起到了减速作用。通过正确的受力分析,我们可以求出动摩擦因数约为0.4375。
最后我们判断滑块能否返回斜面底端。根据运动学公式,滑块上滑距离为5米。在下滑过程中,重力分量仍然向下,但摩擦力方向改变为向上。通过计算下滑加速度为2.5米每秒平方,大于0,说明滑块能够返回。返回底端时的速度大小为5米每秒,与初始速度相等。
现在进行受力分析来求动摩擦因数。滑块在上滑过程中受到重力、正压力和摩擦力。重力沿斜面向下的分量为mg sin37度等于3牛顿,摩擦力也沿斜面向下。根据牛顿第二定律,重力分量加上摩擦力等于质量乘以加速度大小。代入数值可得动摩擦因数μ等于0.5。
接下来计算滑块上滑的最大距离。使用运动学公式v平方等于v0平方加2as。已知末速度为0,初速度为5米每秒,加速度为负10米每秒平方。代入公式得到0等于25减去20s,解得s等于1.25米。这就是滑块能够上滑的最大距离。
现在判断滑块在最高点能否下滑。我们需要比较重力沿斜面的分量与最大静摩擦力。重力分量为mg sin37度等于3牛顿,最大静摩擦力为μmg cos37度等于2牛顿。由于重力分量大于最大静摩擦力,所以滑块能够从最高点开始下滑。
最后计算滑块返回底端时的速度。下滑过程中,重力分量减去摩擦力等于质量乘以下滑加速度。计算得到下滑加速度为2米每秒平方。使用运动学公式,滑块从最高点以0速度开始,经过1.25米的距离,返回底端时的速度为根号5米每秒,约等于2.24米每秒。因此滑块能够返回斜面底端。