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題目:
【題目描述】
一個質量為m的物體,從傾角為θ的斜面頂端由靜止開始下滑,物體與斜面間的動摩擦因數為μ,斜面與水平面間是光滑的。物體滑到斜面底端時,突然受到一個恒定的水平外力F作用,方向水平向右,大小為F=kx(k為已知的比例系數)。求物體在水平外力F作用下繼續滑行的最大距離。
【解題思路】
物體在斜面底端受到恒力F作用后,將做勻加速直線運動,其加速度為a = F/m。物體在斜面底端時,速度為零,加速度為a。物體在水平方向上受到摩擦力作用,其大小為f = μ(mgcosθ + Fsinθ)。物體在水平方向上做勻減速運動,其加速度大小為a = f/m。物體在水平方向上做勻減速運動直到速度為零時,滑行的距離最大。
【答案】
物體在斜面底端受到恒力F作用后,將做勻加速直線運動,其加速度為a = F/m。物體在斜面底端時,速度為零,加速度為a。物體在水平方向上受到摩擦力作用,其大小為f = μ(mgcosθ + Fsinθ)。物體在水平方向上做勻減速運動,其加速度大小為a = f/m。物體在水平方向上做勻減速運動直到速度為零時,滑行的距離最大。
根據牛頓第二定律和運動學公式可得:
kx - μ(mgcosθ + kxsinθ) = ma
s = v^2/2a
其中v是物體在水平方向上做勻減速運動的末速度。
【例題答案】
解:根據牛頓第二定律和運動學公式可得:
kx - μ(mgcosθ + kxsinθ) = ma
s = v^2/2a
其中v是物體在水平方向上做勻加速運動的末速度。
當v=0時,s取最大值。代入可得:
smax = (kx)^2/(2μgcosθ) + (kx)^2/(2μgsinθ) = (k^2x^2)/(μgcosθ + μgsinθ)
【題目難度】
本題難度中等。需要理解物體的運動過程和受力情況,運用牛頓第二定律和運動學公式求解問題。同時需要注意當物體在水平方向上做勻減速運動時,速度為零時滑行的距離最大。
【知識點】
本題考查了牛頓第二定律和運動學公式的應用。需要掌握加速度的定義式和牛頓第二定律的應用。同時需要注意當物體在水平方向上做勻減速運動時,速度為零時滑行的距離最大。