题目
一个质量为2(kg)的物体沿倾角为30度的光滑斜面下滑(斜面光滑无摩擦力),已知物体受到的重力沿斜面向下的分力大小为(m(g)sin 30)(g取(10(m/s)^2)),若物体还受到沿斜面向上、大小为2(N)的阻力,则物体沿斜面方向的合外力大小为____(N),加速度大小为____((m/s)^2)
一个质量为$2\text{kg}$的物体沿倾角为$30$度的光滑斜面下滑(斜面光滑无摩擦力),已知物体受到的重力沿斜面向下的分力大小为$(m\text{g}\sin 30)$($g$取$(10\text{m/s}^2)$),若物体还受到沿斜面向上、大小为$2\text{N}$的阻力,则物体沿斜面方向的合外力大小为____$\text{N}$,加速度大小为____$(\text{m/s}^2)$
题目解答
答案
根据题意,重力沿斜面向下的分力为:
\[
F_{\parallel} = m g \sin 30^\circ = 2 \times 10 \times \frac{1}{2} = 10 \, \text{N}
\]
阻力 $ F_{\text{阻}} = 2 \, \text{N} $,方向向上。
合外力为:
\[
F_{\text{合}} = F_{\parallel} - F_{\text{阻}} = 10 - 2 = 8 \, \text{N}
\]
由牛顿第二定律:
\[
a = \frac{F_{\text{合}}}{m} = \frac{8}{2} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
综上,合外力大小为8N,加速度大小为4 m/s²。
答案:合外力大小为8N,加速度大小为4 m/s²。
解析
本题考查牛顿第二定律以及力的合成与分解的知识。解题思路如下:
- 首先,根据题目所给信息,利用重力沿斜面向下分力的计算公式$F_{\parallel}=mg\sin\theta$(其中$m$为物体质量,$g$为重力加速度,$\theta$为斜面倾角),计算出物体重力沿斜面向下的分力大小。
- 然后,分析物体在沿斜面方向上的受力情况,物体受到沿斜面向下的重力分力$F_{\parallel}$和沿斜面向上的阻力$F_{阻}$,根据力的合成法则,合外力$F_{合}$等于这两个力的差值,即$F_{合}=F_{\parallel}-F_{阻}$。
- 最后,根据牛顿第二定律$F = ma$(其中$F$为合外力,$m$为物体质量,$a$为加速度),已知合外力$F_{合}$和物体质量$m$,可计算出物体的加速度$a=\frac{F_{合}}{m}$。
下面进行详细计算:
- 计算重力沿斜面向下的分力$F_{\parallel}$:
已知物体质量$m = 2\text{kg}$,重力加速度$g = 10\text{m/s}^2$,斜面倾角$\theta = 30^{\circ}$,将这些值代入公式$F_{\parallel}=mg\sin\theta$可得:
$F_{\parallel}=mg\sin30^{\circ}=2\times10\times\frac{1}{2}=10\text{ N}$ - 计算物体沿斜面方向的合外力$F_{合}$:
已知阻力$F_{阻}=2\text{ N}$,方向沿斜面向上,重力分力$F_{\parallel}=10\text{ N}$,方向沿斜面向下,根据合外力计算公式$F_{合}=F_{\parallel}-F_{阻}$可得:
$F_{合}=F_{\parallel}-F_{阻}=10 - 2 = 8\text{ N}$ - 计算物体的加速度$a$:
已知合外力$F_{合}=8\text{ N}$,物体质量$m = 2\text{kg}$,将这些值代入牛顿第二定律公式$a=\frac{F_{合}}{m}$可得:
$a=\frac{F_{合}}{m}=\frac{8}{2}=4\text{ m/s}^2$