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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,將做初速度為零的勻加速直線運動。根據牛頓第二定律和運動學公式,可以求出物體在水平方向上受到的摩擦力,進而求出物體在水平方向上的加速度。根據運動學公式可以求出物體在水平外力F作用下繼續滑行的最大距離。
【答案】
物體在斜面底端受到恒力F作用后,將做初速度為零的勻加速直線運動。根據牛頓第二定律,物體在水平方向上受到的摩擦力為:
f = μmgcosθ - kx = μmgcosθ - k(mgLsinθ)
根據運動學公式,物體在水平方向上的加速度為:
a = (f/m) = g(μcosθ - kLsinθ)
物體在水平外力F作用下繼續滑行的最大距離為:
x = 1/2at^2 = 1/2(gμcosθ - kLsinθ)t^2
其中t為物體在水平方向上做勻加速直線運動的時間。
【例題分析】
本題主要考查了牛頓第二定律和運動學公式的應用。在解題過程中,需要注意物體的受力情況和運動狀態的變化,正確選擇研究對象和運動過程,建立物理模型,應用牛頓第二定律和運動學公式求解。
【相關知識點】
本題涉及到物體的受力分析、牛頓第二定律、運動學公式等知識點,需要考生掌握基礎知識,能夠靈活運用所學知識解決問題。
【例題答案】
根據上述分析可知,物體在水平外力F作用下繼續滑行的最大距離為:x = 1/2(gμcosθ - kLsinθ)t^2。其中t為物體在水平方向上做勻加速直線運動的時間。當t=√(2h/a)時,物體在水平外力F作用下繼續滑行的最大距離最大。此時物體在水平方向上的位移為:xmax = h + x = h + 1/2(gμcosθ - kLsinθ)t^2。其中h為斜面的高度。
【總結】
本題是一道綜合性的題目,既涉及到物體的受力分析、牛頓第二定律的應用,又涉及到運動學公式的應用。考生需要掌握基礎知識,能夠靈活運用所學知識解決問題。