问题 问答题

如图所示,水平地面上放置一个质量为m的物体,在与水平方向成θ角的斜向右上方的拉力F的作用下沿水平地面运动,物体与地面间的动摩擦因数为μ.求:

(1)若物体起动后在拉力F的作用下能始终沿水平面向右运动,拉力F的大小范围;

(2)若物体受到拉力F的作用后,从静止开始向右做匀加速直线运动,2s后撤去拉力,已知F=100N、m=10kg、μ=0.5、θ=37°,撤去拉力后物体滑行的时间t;

(3)若物体以恒定加速度a向右做匀加速直线运动,而θ可以改变,则维持这一加速度的拉力F的最小值.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8).

答案

(1)由题意,拉力F的最小值能使其水平分力克服摩擦力,物体受力分析如图:

则有:

Fmcosθ=f

又:

f=μ(mg-Fmsinθ)

解得Fm=

μmg
cosθ+μsinθ

而最大值是其竖直分力不能大于重力.

故有:

mg=FMsinθ

解得:

FM=

mg
sinθ

故F的范围为:

μmg
cosθ+μsinθ
<F<
mg
sinθ

(2):拉力作用下的加速度为:

a1=

Fcosθ-μ(mg-Fsinθ)
m

带入数据解得:

a1=6m/s2

故2s后的速度为:v=at=12m/s

撤去拉力后物体只受摩擦力,其加速度为:

a2=μg=5m/s2

故其滑行的时间为:

t=

v
a2
=2.4s

(3):若物体以恒定加速度a向右做匀加速直线运动,则由牛顿第二定律得:

Fcosθ-μ(mg-Fsinθ)=ma

解得:

F=

m(μg+a)
cosθ+μsinθ

由数学知识知F的最小值为:

F=

m(μg+a)
1+μ2

答:

(1)物体起动后在拉力F的作用下能始终沿水平面向右运动,拉力F的大小范围为:

μmg
cosθ+μsinθ
<F<
mg
1+sinθ

(2)其滑行的时间为2.4s

(3)若物体以恒定加速度a向右做匀加速直线运动,而θ可以改变,则维持这一加速度的拉力F的最小值为:

m(μg+a)
1+μ2

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