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题目:
【题目描述】
一个质量为m的物体,从倾角为θ的斜面顶端由静止开始下滑,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,斜面与水平面间是光滑的。物体滑到斜面底端时,突然受到一个恒定的水平外力F作用,方向水平向右,大小为F=kx(k为已知的比例系数)。求物体在水平外力F作用下继续滑行的最大距离。
【解题思路】
物体在斜面底端受到恒力F作用后,将做匀加速直线运动,其加速度为a = F/m。物体在斜面底端时,速度为零,加速度为a。物体在水平方向上受到摩擦力作用,其大小为f = μ(mgcosθ + Fsinθ)。物体在水平方向上做匀减速运动,其加速度大小为a = f/m。物体在水平方向上做匀减速运动直到速度为零时,滑行的距离最大。
【答案】
物体在斜面底端受到恒力F作用后,将做匀加速直线运动,其加速度为a = F/m。物体在斜面底端时,速度为零,加速度为a。物体在水平方向上受到摩擦力作用,其大小为f = μ(mgcosθ + Fsinθ)。物体在水平方向上做匀减速运动,其加速度大小为a = f/m。物体在水平方向上做匀减速运动直到速度为零时,滑行的距离最大。
根据牛顿第二定律和运动学公式可得:
kx - μ(mgcosθ + kxsinθ) = ma
s = v^2/2a
其中v是物体在水平方向上做匀减速运动的末速度。
【例题答案】
解:根据牛顿第二定律和运动学公式可得:
kx - μ(mgcosθ + kxsinθ) = ma
s = v^2/2a
其中v是物体在水平方向上做匀加速运动的末速度。
当v=0时,s取最大值。代入可得:
smax = (kx)^2/(2μgcosθ) + (kx)^2/(2μgsinθ) = (k^2x^2)/(μgcosθ + μgsinθ)
【题目难度】
本题难度中等。需要理解物体的运动过程和受力情况,运用牛顿第二定律和运动学公式求解问题。同时需要注意当物体在水平方向上做匀减速运动时,速度为零时滑行的距离最大。
【知识点】
本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的应用。需要掌握加速度的定义式和牛顿第二定律的应用。同时需要注意当物体在水平方向上做匀减速运动时,速度为零时滑行的距离最大。