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題目:
【2022蘇州期中高三物理】
一物體在水平地面上做勻速直線運動,其初速度為$v_{0}$,受到的摩擦力$f$與拉力$F$成正比,比例系數為k。求物體運動的速度隨時間的變化規律。
【分析】
物體在水平地面上做勻速直線運動,受力平衡,根據受力分析可得:
$F = f = kF_{牽}$
其中$F_{牽}$為拉力,$F$為摩擦力。
根據牛頓第二定律,有:
$F_{牽} = ma$
其中$a$為加速度。
物體做勻速直線運動,所以速度隨時間的變化規律為勻速運動規律。
【解答】
根據題意,物體做勻速直線運動,所以速度隨時間的變化規律為勻速運動規律。
設物體運動的速度為v,時間為t,加速度為a。
根據牛頓第二定律,有:
$F_{牽} = ma$
其中$F_{牽} = kF_{牽} - f = kF_{牽} - kF = k(F_{牽} - F)$
又因為物體做勻速直線運動,所以速度隨時間的變化規律為勻速運動規律:$v = v_{0} + at$
將上述公式帶入已知條件中,得到:$v = v_{0} + k(F_{牽} - F)t$
又因為物體做勻速直線運動,所以拉力與摩擦力平衡,即$F = F_{牽} - f = F_{牽}$。
將上述公式帶入已知條件中,得到:$v = v_{0} + kF_{牽}t$
又因為物體做勻速直線運動,所以加速度為零,即$a = 0$。
將上述公式帶入已知條件中,得到:$v = v_{0} + (kF_{牽} - kF)t = v_{0} + k(F_{牽} - F)t$。
所以物體運動的速度隨時間的變化規律為:$v = v_{0} + k(F_{牽} - F)t$。