根据题目给出的图示,我们可以列出物体受力的方程:
F_f = \mu F_N
其中,F_f是物体所受的摩擦力,\mu是摩擦系数,F_N是物体所受的法向支持力。
根据图示,物体受到的支持力F_N是重力mg的分解力,即F_N = mg\cos\theta,其中\theta是斜面与水平面的夹角。
将F_N代入上式得到:
F_f = \mu mg\cos\theta
根据图示,物体在斜面上沿着x轴方向运动,因此我们可以将重力分解为平行于斜面的分量mg\sin\theta和垂直斜面的分量mg\cos\theta。由于物体在竖直方向上没有加速度,因此平行于斜面的分量mg\sin\theta被斜面支持力平衡。
根据牛顿第二定律,物体在x轴方向上的加速度a为:
a = \frac{F_f}{m} = \frac{\mu mg\cos\theta}{m}
根据运动学公式,物体在斜面上的运动距离s为:
s = \frac{1}{2}at^2
其中t为物体在斜面上的运动时间。由于物体在竖直方向上没有加速度,因此t可以表示为:
t = \frac{\sqrt{2h}}{\sqrt{g\sin\theta}}
其中h为物体从斜面顶端滑落到底端的高度。
将a和t代入上式得到:
s = \frac{1}{2}\frac{\mu mg\cos\theta}{m}\left(\frac{\sqrt{2h}}{\sqrt{g\sin\theta}}\right)^2 = \frac{\mu g\cos\theta}{2\sin\theta}h
将\mu = \frac{F_f}{F_N}代入上式得到:
s = \frac{F_f}{2mg\sin\theta}h
将F_f = \frac{1}{2}mg代入上式得到:
s = \frac{1}{4}h
因此,我们证明了当物体所受的摩擦力为\frac{1}{2}mg时,物体在斜面上的运动距离为其从斜面顶端滑落到底端高度的\frac{1}{4}。