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如图甲所示,在倾角为θ的足够长的斜面上,有一个带风帆的滑板从静止开始沿斜面下滑,滑板的总质量为m,滑板与斜面间的动摩擦因数为μ,滑板上的风帆受到的空气阻力与滑板下滑的速度成正比,即f=kv.

(1)试求滑块下滑的最大速度vm的表达式;

(2)若m=2 kgθ=30°,g10 m/s2,滑块从静止开始沿斜面下滑的速度—时间图象如图乙所示,图中斜线是t=0时刻的速度图象的切线.由此求μk的值.

                                                                 图甲

                                                                   图乙

答案

(1) (sinθ-μcosθ) (2)0.23 3

解析:(1)风帆受力如下图所示

滑块下滑时沿斜面方向受三个力作用:重力沿斜面向下的分力mgsinθ、滑动摩擦力f1=μmgcosθ 和风帆的阻力f2=kv.

mgsinθ=f1+f2时,风帆下滑的速度最大为vm,则有:

mgsinθ=μmgcosθ+kvm,vm= (sinθ-μcosθ).

(2)由图象知t=0时风帆下滑的加速度

a= m/s2=3 m/s2

风帆下滑过程中最大速度vm=2 m/s

t=0时,由牛顿第二定律得:

mgsinθ-μmgcosθ=ma

a=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.5-μ)=3

解得μ=0.23

由mgsinθ=mgμcosθ+kvm得:

k=(sinθ-μcosθ)=×(0.5-0.23×) N/(m·s-1)=3 N/(m·s-1).

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