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?

(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
,即θ=arctan=mg F 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
,即θ=arctanmg F mg F
故所加外力F与水平面的夹角为arctan
,斜向右下方或左上方.mg F
(3)由动能定理可知道,△Ek=F合•scosθ,因s一定,F合有最大值时最△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合=F+Fcosθ-f=0
在竖直方向Fsinθ+N-mg=0
由摩擦定律 f=μN
解得F合=F(cosθ+μsinθ)
令tanα=μ,则
F合=
(F 1+μ2
cosθ+1 1+μ2
sinθ)=μ 1+μ2
cos(θ-α)F 1+μ2
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
时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
,斜向右下方或左上方;mg F
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