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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,突然撤去恒力F,物體繼續沿斜面向上運動,經過一段時間后,物體返回底端,已知物體從撤去F到返回底端的總時間為t,斜面的傾角為θ,求物體在撤去恒力F前的運動過程中的加速度大小。
【分析】:
本題主要考查了牛頓第二定律和運動學公式的綜合應用,解題的關鍵是正確分析物體的受力情況。
物體在撤去恒力F前的運動過程中,受到重力、支持力和拉力三個力的作用。根據牛頓第二定律求出加速度大小。
【解答】:
物體在撤去恒力F前的運動過程中,受到重力、支持力和拉力三個力的作用。根據牛頓第二定律可得:
$F - mg\sin\theta - a = ma_{1}$
$a_{1} = \frac{F - mg\sin\theta}{m}$
撤去拉力后,物體向上做減速運動,加速度大小為:
$a_{2} = \frac{mg\sin\theta}{m}$
根據勻變速直線運動的位移時間公式可得:
$x = \frac{1}{2}a_{2}(t + \frac{t}{2})$
$x = \frac{1}{2}a_{1}t^{2}$
聯立解得:$a_{1} = \frac{F}{m} - \frac{mg\sin\theta}{m}\sqrt{2 - \frac{t}{2}}$。
所以物體在撤去恒力F前的運動過程中的加速度大小為:$a = \sqrt{a_{1}^{2} + a_{2}^{2}} = \sqrt{\frac{F^{2}}{m^{2}} + \frac{g^{2}\sin^{2}\theta}{m^{2}}(2 - \frac{t}{2})}$。