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題目:
【題目描述】
一個(gè)質(zhì)量為m的物體,在平行于斜面向上的恒力F的作用下,從斜面底端A點(diǎn)靜止開始運(yùn)動(dòng),到達(dá)斜面頂端B點(diǎn)時(shí),物體恰好沿斜面勻速上升。已知斜面的傾角為θ,斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,斜面足夠長(zhǎng)。求:
(1)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力的大小;
(2)物體與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù);
(3)若在物體運(yùn)動(dòng)過程中,突然撤去恒力F,撤去恒力F后,物體還能向上運(yùn)動(dòng)的最大距離。
【解題思路】
(1)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力的大小為f = μ(mgcosθ + Fsinθ)
(2)物體勻速上升時(shí)受力平衡,根據(jù)平衡條件得:
Fcosθ = μ(mgcosθ + Fsinθ) + mgμsinθ
解得:μ = F(cosθ - sinθ)g(μ + cosθ)
(3)撤去恒力F后,物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小仍為μ(mgcosθ + Fsinθ),方向沿斜面向下。根據(jù)牛頓第二定律得:
a = μ(mgcosθ + Fsinθ)m = μgcosθ - μsinθ
物體向上運(yùn)動(dòng)的位移為:x = \frac{v^{2}}{2a} = \frac{F^{2}\sin^{2}\theta}{2μg\cos^{2}\theta - \mu\sin^{2}\theta}
【答案】
(1)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力的大小為μ(mgcosθ + Fsinθ)
(2)物體與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為F(cosθ - sinθ)g(μ + cosθ)
(3)物體還能向上運(yùn)動(dòng)的最大距離為\frac{F^{2}\sin^{2}\theta}{2μg\cos^{2}\theta - \mu\sin^{2}\theta}
【例題分析】
本題主要考查了牛頓第二定律、動(dòng)能定理和滑動(dòng)摩擦力的應(yīng)用。解題的關(guān)鍵是正確受力分析,靈活選擇研究的過程和運(yùn)用動(dòng)能定理和牛頓第二定律求解。
【注意事項(xiàng)】
本題中要注意撤去恒力F后,物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小仍為μ(mgcosθ + Fsinθ),方向沿斜面向下。因此,在分析物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí),要注意物體的受力情況和加速度的變化。同時(shí)要注意運(yùn)用動(dòng)能定理和牛頓第二定律求解。