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例题:
【题目】一个质量为m的物体,在平行于斜面向上的恒力F作用下,从斜面底端A点沿斜面向上运动,已知该物体与斜面间的动摩擦因数为μ,且斜面足够长,若物体运动到斜面中点时撤去力F,已知斜面倾角为θ,求:
(1)物体在力F作用下滑的最大位移;
(2)撤去力F后物体还能滑行的最大距离。
【答案】
(1)物体在力F作用下滑的最大位移为x = 2a1·x1 = 2F/m·x1 = 2F/μgcosθ
(2)撤去力F后物体还能滑行的最大距离为x2 = 2a2·x2 = 2(μgcosθ + gsinθ)·x = 2(μg + gsinθ)·x
【解析】
本题主要考查了牛顿第二定律和运动学公式的应用,难度一般。
(1)物体在力F作用下滑的最大位移时,根据牛顿第二定律可得:$F - mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{1}$
根据运动学公式可得:$x = \frac{v^{2}}{2a_{1}}$
联立可得:$x = \frac{2F}{μg\cos\theta}$
(2)撤去力F后物体还能滑行的最大距离时,根据牛顿第二定律可得:$mg\sin\theta + \mu mg\cos\theta = ma_{2}$
根据运动学公式可得:$x_{2} = \frac{v^{2}}{2a_{2}}$
联立可得:$x_{2} = 2(\mu g + g\sin\theta)x$
【说明】本题中物体在斜面上运动时受到重力、支持力和滑动摩擦力三个力的作用,其中重力沿斜面向下的分力为$mg\sin\theta$,垂直斜面向下的分力为$mg\cos\theta$,滑动摩擦力的大小为$f = \mu mg\cos\theta$。在物体运动的过程中,根据牛顿第二定律和运动学公式可以求出物体在力F作用下滑的最大位移和撤去力F后物体还能滑行的最大距离。