质量为m的物体放在水平面上,在沿水平方向大小为F的拉力(F<mg)作用下做匀速运动,如图所示.试求:(1)物体与水平面间的动摩擦因数(2)在物体上再施加另一个大小为F的力,①若要使

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

质量为m的物体放在水平面上,在沿水平方向大小为F的拉力(F<mg)作用下做匀速运动,如图所示.试求:
(1)物体与水平面间的动摩擦因数
(2)在物体上再施加另一个大小为F的力,
①若要使物体仍沿原方向做匀速运动,该力的方向如何?
②若要使物体沿原方向移动距离s后动能的增加最大,该力的方向如何?
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)物体的受力如图所示,由物体做匀速运动得
F-f=0
N-mg=0
f=μN
解得:μ=
F
mg

(2)分两种情形:
①设所加的力F斜向右下方,且与水平方向的夹角为θ,由物体做匀速运动得
魔方格

F+Fcosθ-f=0
N-mg-Fsinθ=0
f=μN
由以上三式可以推得,
Fcosθ=μFsinθ
tanθ=
1
μ
=
mg
F
,即θ=arctan=
mg
F

②设所加的力F斜向左上方,且与水平方向的夹角为θ,由物体做匀速运动得知
F-Fcosθ-f=0
N+Fsinθ-mg=0
f=μN
解得
tanθ=
1
μ
=
mg
F
,即θ=arctan
mg
F

魔方格

故所加外力F与水平面的夹角为arctan
mg
F
,斜向右下方或左上方.
(3)由动能定理可知道,△Ek=F?scosθ,因s一定,F有最大值时最△Ek最大.
设后来所加的外力F斜向右上方且与水平方向的夹角为θ,则
物体所受的合力为F=F+Fcosθ-f=0
在竖直方向Fsinθ+N-mg=0
由摩擦定律  f=μN
解得F=F(cosθ+μsinθ)
令tanα=μ,则
F=
F

1+μ2
(
1

1+μ2
cosθ+
μ

1+μ2
sinθ)=
F
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