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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,到達斜面上的某一點時,其動能恰好為零,則在此過程中,物體上滑的最大的距離與它下滑的最大的距離之比為:
A. 1:1
B. 1:2
C. 2:1
D. 無法確定
答案:B
解析:
物體在恒力F的作用下,從斜面底端沿光滑斜面向上運動,到達某點時其動能恰好為零。由于物體受到重力作用,所以它必然會受到摩擦力作用。由于斜面光滑,所以摩擦力的大小與接觸面的大小無關。因此,物體上滑和下滑時受到的摩擦力大小相等。
物體上滑和下滑時,受到的摩擦力方向相反。根據牛頓第二定律,物體上滑時所受合力方向沿斜面向下,加速度為$a_{上} = \frac{F - mg\sin\theta - f}{m}$;物體下滑時所受合力方向沿斜面向上,加速度為$a_{下} = \frac{mg\sin\theta + F - f}{m}$。由于物體上滑和下滑過程中所受摩擦力大小相等,所以上滑時的加速度大于下滑時的加速度。
當物體到達同一高度時,上滑和下滑的速度相等。此時物體上滑的位移為$x_{上} = \frac{v^{2}}{2a_{上}}$;物體下滑的位移為$x_{下} = \frac{v^{2}}{2a_{下}}$。由于上滑時的加速度大于下滑時的加速度,所以$x_{上} < x_{下}$。
因此,物體上滑的最大距離與它下滑的最大距離之比為$x_{上}:x_{下} = 1:2$。
所以正確答案是B。