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例題:
【題目】一個質量為m的物體,在平行于斜面向上的恒力F作用下,從斜面底端沿光滑斜面向上運動,到達斜面上的某點A時,其速度為v,此時撤去力F,經一段時間后物體返回斜面底端,求物體從A點返回到斜面底端時的速度。
【分析】
物體從A點返回到斜面底端時,受到重力、支持力和摩擦力作用。根據牛頓第二定律和運動學公式可以求出物體返回到斜面底端時的速度。
【解答】
物體從A點返回到斜面底端時,設經過的時間為t,加速度大小為a。
根據牛頓第二定律得:$F - mg\sin\theta - f = ma$
其中$f = \mu mg\cos\theta$
根據運動學公式得:$v^{2} = 2aL$
物體返回斜面底端時,根據牛頓第二定律得:$mg\sin\theta + f = ma^{\prime}$
其中$f^{\prime} = \mu mg\cos\theta$
根據運動學公式得:$v^{\prime 2} = 2a^{\prime}L$
聯立解得物體返回斜面底端時的速度為:$v^{\prime} = \sqrt{2gL\sin\theta - \frac{v^{2}}{2\sin^{2}\theta}}$。
【說明】本題是一道典型的力與運動相結合的題目,考查了牛頓運動定律和運動學公式的應用。在解答過程中,需要靈活運用所學知識,建立物理模型,選擇合適的公式求解。同時需要注意題目中的已知條件和限制條件,避免出現錯誤。