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題目:
【題目描述】
一個質量為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點靜止開始運動,到達斜面頂端B點時,物體恰好沿斜面勻速上升。已知斜面的傾角為θ,斜面與物體間的動摩擦因數為μ,求:
1. 物體沿斜面向上運動時受到的摩擦力大小;
2. 斜面的長度;
3. 若在物體運動過程中斜面保持靜止,求此時拉力F的大小。
【分析】
1. 物體沿斜面向上運動時受到的摩擦力為滑動摩擦力,根據滑動摩擦力公式可求得摩擦力大小。
2. 根據受力分析可知,物體沿斜面向上運動時受到重力、拉力、支持力和摩擦力的作用,根據牛頓第二定律可求得斜面的長度。
3. 物體運動過程中,斜面受到地面的摩擦力和支持力,根據牛頓第三定律可知,地面對斜面的支持力等于斜面對地面的壓力,根據平衡條件可求得拉力的大小。
【解答】
1. 物體沿斜面向上運動時受到的摩擦力大小為:f = μmgcosθ。
2. 根據受力分析可知,物體受到重力、拉力、支持力和摩擦力的作用,根據牛頓第二定律可得:
F + mgcosθ - f = ma
又因為物體勻速上升,所以加速度為零,即:F = mgcosθ + f = mgcosθ + μmgcosθ = mg + μmgcosθ。
根據幾何關系可得斜面的長度為:L = scosθ。
3. 物體運動過程中,斜面受到地面的摩擦力和支持力,根據平衡條件可得:
f = F'cosθ = Fsinθ + mg'sinθ
其中F'為地面對斜面的支持力,mg'為斜面對地面的壓力。根據牛頓第三定律可知,斜面對地面的壓力等于地面對斜面的支持力,所以有:F = F' = mg + μ(mg + mgcosθ)sinθ。
【總結】
本題主要考查了牛頓運動定律和平衡條件的應用,難度適中。解題的關鍵是受力分析、牛頓運動定律和平衡條件的運用。