Question

【題目】如圖甲所示，用固定的電動機(jī)水平拉著質(zhì)量m=2kg的小物塊和質(zhì)量M=1kg的平板以相同的速度一起向右勻速運(yùn)動，物塊位于平板左側(cè)，可視為質(zhì)點(diǎn)．在平板的右側(cè)一定距離處有臺階阻擋，平板撞上后會立刻停止運(yùn)動．電動機(jī)功率保持P=3W不變．從某時刻t=0起，測得物塊的速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，t=6s后可視為勻速運(yùn)動，t=10s時物塊離開木板．重力加速度g=10m/s2 ， 求：

（1）平板與地面間的動摩擦因數(shù)μ為多大？
（2）物塊在1s末和3s末受到的摩擦力各為多大？
（3）平板長度L為多少？

Answer 1

【答案】
（1）

解：在0～2s內(nèi)兩物體一起以0.5m/s的速度勻速運(yùn)動，則有：

P=F1v1

根據(jù)兩物體勻速運(yùn)動則有拉力等于摩擦力即：F1=f

而地面的摩擦力為：f=μN(yùn)=μ（M+m）g

代入數(shù)據(jù)得：μ=0.2

（2）

解：1s時刻，物塊勻速，繩子的拉力等于平板對物塊的靜摩擦力，又根據(jù)平板勻速運(yùn)動可知物塊對平板的靜摩擦力等于對面對平板的滑動摩擦力：

f1=μ（M+m）g=6N

由圖可知從2s時開始平板撞到臺階上靜止，故物塊開始在平板上勻減速運(yùn)動，故滑塊所受的摩擦力為滑動摩擦力，故在靜止前摩擦力的大小保持不變．

而3s時刻，物塊在木板上滑動，所以滑塊所受的摩擦力為滑動摩擦力．

因?yàn)樽罱K物塊再次勻速時速度為：

v2=0.3m/s

P=F2v2

故F1V1=F2V2

F2=f2=10N

（3）

解：物塊在平板上減速運(yùn)動的時間為：t=6﹣2=4s，

在整個過程中電機(jī)所做的功W=Pt，摩擦力始終為滑動摩擦力，大小為：f2=10N，

由動能定理有：

Pt﹣f2L1= mv22﹣ mv12

得L1=1.184m

滑塊在平板上勻速運(yùn)動的時間是：t′=10﹣6=4s

勻速運(yùn)動的位移：L2=v2t′=0.3×4=1.2m

平板的總長度：L=L1+L2=1.184m+1.2m=2.384m

【解析】（1）顯然在0﹣2s內(nèi)物體勻速運(yùn)動，拉力等于地面對平板的摩擦力，根據(jù)P=FV求出物體所受的摩擦力，然后根據(jù)f=μFN求出動摩擦因數(shù)μ．（2）在t=2s后平板不動，物塊所受的摩擦力為平板給他的滑動摩擦力，直到最后勻速運(yùn)動摩擦力都保持不變，由P=FV可知物體勻速運(yùn)動時的摩擦力從而求出物體在3s末所受的滑動摩擦力f2 ． （3）根據(jù)圖象可知物體在t=2s后開始在平板上滑動，在6s時離開平板，故在平板上滑動4s，根據(jù)圖象可知物體從平板上滑下時的速度為0.3m/s，拉力所做的功為Pt，物體對地的位移即平板的長度，從而可以知道摩擦力所做的功德表達(dá)式f2L．這樣利用動能定理即可求出平板的長度L．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了V-t圖象和動能定理的綜合應(yīng)用的相關(guān)知識點(diǎn)，需要掌握v-t圖像：①在速度圖像中，可以讀出物體在任何時刻的速度；②在速度圖像中，物體在一段時間內(nèi)的位移大小等于物體的速度圖像與這段時間軸所圍面積的值；③在速度圖像中，物體在任意時刻的加速度就是速度圖像上所對應(yīng)的點(diǎn)的切線的斜率；④圖線與橫軸交叉，表示物體運(yùn)動的速度反向；⑤圖線是直線表示物體做勻變速直線運(yùn)動或勻速直線運(yùn)動;圖線是曲線表示物體做變加速運(yùn)動；應(yīng)用動能定理只考慮初、末狀態(tài)，沒有守恒條件的限制，也不受力的性質(zhì)和物理過程的變化的影響.所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用時間的動力學(xué)問題，都可以用動能定理分析和解答，而且一般都比用牛頓運(yùn)動定律和機(jī)械能守恒定律簡捷才能正確解答此題．