问题 问答题

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?

答案

(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

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

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
1+μ2
cos(θ-α)

由上式可知当cos(θ-α)=1,α=θ=arctan

F
mg

即所加外力斜向右上方与水平夹角为arctan

F
mg

F取最大值Fmax=

F
1+μ2

答:1)物体与水平面间的动摩擦因数为

F
mg

(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,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;

②若要使物体沿原方向移动距离s后动能的增加最大,所加外力斜向右上方与水平夹角为arctan

F
mg

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