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物理學科的優秀輔導資料有很多,其中《高中物理教材全解》是一本非常受歡迎的資料。下面我將為您展示其中一個例題,并嘗試對其進行過濾,以突出其重點和關鍵部分。
例題:一個質量為$5kg$的物體,在$F = 20N$的水平恒力作用下,從靜止開始在水平面上加速運動。已知物體與地面間的動摩擦因數為$\mu = 0.2$,求:
(1)物體在$5s$內的位移;
(2)物體在$5s$末的速度;
(3)物體在運動過程中,當合外力為零時,物體已經運動的時間。
解題思路:
(1)物體在水平方向受到恒力$F$和滑動摩擦力$f$的作用,根據牛頓第二定律可求得物體的加速度,再根據位移公式可求得物體在$5s$內的位移。
(2)物體在運動過程中,速度不斷增加,當合外力為零時,物體的速度達到最大值。根據速度公式可求得物體在$5s$末的速度。
(3)根據牛頓第二定律可求得物體受到的滑動摩擦力的大小和方向,再根據運動學公式可求得物體已經運動的時間。
例題的解答過程:
(1)根據牛頓第二定律可得:$F - f = ma$,其中$f = \mu F_{N} = \mu mg = \mu \times 5 \times 10N = 10N$,解得:$a = 2m/s^{2}$。根據位移公式可得:$x = \frac{1}{2}at^{2} = \frac{1}{2} \times 2 \times 5^{2}m = 25m$。所以物體在$5s$內的位移為$25m$。
(2)當合外力為零時,物體的速度達到最大值,此時物體的加速度為零,根據速度公式可得:$v = at = 2 \times 5m/s = 10m/s$。所以物體在$5s$末的速度為$10m/s$。
(3)根據牛頓第二定律可得:物體受到的滑動摩擦力的大小為$10N$,方向與運動方向相反。當物體做勻減速運動時,加速度大小為$a^{\prime} = \frac{f}{m} = \frac{10}{5}m/s^{2} = 2m/s^{2}$。根據位移公式可得:物體已經運動的時間為:$t^{\prime} = \frac{v}{a^{\prime}} = \frac{10}{2}s = 5s < 5s$。所以當合外力為零時,物體已經運動了$5s$。