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例题:
【题目】一个质量为m的小球,从高度为h处自由下落,当它到达水平面是,立即受到一个大小为F、方向竖直向上的恒力作用。已知小球在运动过程中受到的阻力大小恒为f,且小球与水平面间的动摩擦因素为μ。求:
(1)小球在运动过程中受到的合力大小;
(2)小球在运动过程中的加速度大小;
(3)小球从开始下落到最终停止运动所需的时间。
【分析】
(1)小球在运动过程中受到重力、阻力、拉力三个力作用,根据力的合成法则可知,合力的大小为这三个力的矢量和。
(2)根据牛顿第二定律求出加速度的大小。
(3)根据运动学公式求出小球从开始下落到最终停止运动所需的时间。
【解答】
(1)小球在运动过程中受到重力、阻力、拉力三个力作用,根据力的合成法则可知,合力的大小为:
F合 = F + mg - f = m(g + μg - μF)
(2)根据牛顿第二定律可知,小球在运动过程中的加速度大小为:
a = F合 = m(g + μg - μF)
(3)小球从开始下落到最终停止运动的过程中,做匀减速直线运动,根据运动学公式可知,所需时间为:
t = \frac{v}{a} = \frac{mg}{a} = \frac{mg}{\mu(mg - F)} = \frac{mg}{\mu(mg - mg\mu)} = \frac{mg}{\mu F}
其中,v为小球最终速度的大小。
【说明】本题是一道综合性的题目,考查了重力、阻力、拉力等力的合成、牛顿第二定律、运动学公式等多个知识点。在解答过程中,需要灵活运用这些知识点,结合题目所给的条件进行分析和解答。