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題目:
【例題】(2017年宿遷高三三模物理)一質量為m的物體,從傾角為θ的光滑斜面頂端由靜止釋放,下滑過程中物體始終與斜面保持相對靜止,斜面體固定不動,求:
(1)物體與斜面之間的動摩擦因數μ;
(2)物體從斜面頂端滑到底端所需的時間t;
(3)若在物體下滑過程中,在斜面頂端固定一輕質彈簧,將彈簧壓緊到不能再壓縮為止,然后釋放,求彈簧的最大彈性勢能E。
【分析】
(1)物體與斜面一起沿斜面勻加速下滑,根據牛頓第二定律列式求解即可。
(2)物體沿斜面勻加速下滑,根據位移時間關系求解時間即可。
(3)物體到達底端后與彈簧接觸壓縮,彈簧彈力做功,根據動能定理列式求解即可。
【解答】
(1)物體與斜面一起沿斜面勻加速下滑,根據牛頓第二定律得:
mgsinθ - μmgcosθ = ma
解得:μ = \frac{gsinθ - a}{gcosθ} = \frac{tan\theta - \frac{a}{cos\theta}}{1}
(2)物體沿斜面勻加速下滑,根據位移時間關系有:
s = \frac{1}{2}at^{2}
解得:t = \sqrt{\frac{2s}{a}} = \sqrt{\frac{2\sin\theta}{g}}
(3)物體到達底端后與彈簧接觸壓縮,彈簧彈力做功,根據動能定理得:
W_{彈} - mgsinθ = \frac{1}{2}mv^{2} - 0
解得:E = \frac{1}{2}mv^{2} = mgsinθ\sin\theta = m^{2}g^{2}\sin^{3}\theta\sin\theta。