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题目:一个质量为m的物体,在水平恒力F的作用下,沿水平面做匀速直线运动。现将该物体置于一粗糙的斜面上,用同样的水平力F推物体,使其在斜面上做匀速直线运动。求此时物体的加速度大小。
解析:
在第一种情况下,物体在水平面上做匀速直线运动,说明物体受到的摩擦力与水平推力F相等。因此,物体受到重力、支持力和摩擦力的作用。
在第二种情况下,物体在斜面上做匀速直线运动,同样说明物体受到的摩擦力与水平推力F相等。由于斜面粗糙,因此物体还受到斜面的支持力和摩擦力的作用。同时,由于物体在斜面上有沿斜面下滑的趋势,因此物体还受到重力的分力作用。
根据牛顿第二定律,物体的加速度大小等于其所受合外力的大小除以它的质量。因此,我们需要求出物体在两种情况下的合外力,再求出它们的差值,即为物体的加速度大小。
解法一:
在第一种情况下,物体的合外力为零,因此摩擦力等于F。在第二种情况下,物体的合外力为摩擦力与重力的分力的合力。由于摩擦力不变,因此重力的分力等于合外力减去摩擦力的值。根据牛顿第二定律,物体的加速度大小等于合外力除以质量,因此可得到加速度大小为:
a = (F - mgsinθ)/m
其中,θ为斜面的倾斜角度。
解法二:
在第一种情况下,物体受到的支持力和重力分力之和等于重力,因此支持力和重力分力的合力等于零。在第二种情况下,物体受到的支持力和摩擦力的合力等于合外力减去重力的分力。根据牛顿第二定律,物体的加速度大小等于合外力除以质量,因此可得到加速度大小为:
a = (F - f)/m
其中,f为摩擦力。由于摩擦力不变,因此可得到加速度大小为:
a = (Fcosθ - mgsinθ)/mtanθ
其中,θ为斜面的倾斜角度。
注意:以上解法中的θ为斜面的倾斜角度,需要具体题目中给出具体数值才能求解。