题目内容

4.质量m=20kg的物体,在大小恒定的水平外力F的作用下,沿水平面作直线运动.0~2s内F与运动方向相反,2~4s内F与运动方向相同,物体运动的速度-时间图象如图所示,g取10m/s2,求物体与水平面间的动摩擦因数及水平力F的大小?

分析 先分析物体的运动过程,共分两个阶段:匀减速直线运动和反向的匀加速直线运动.速度时间图象的斜率表示加速度;分阶段对物体进行受力分析,利用牛顿第二定律计算出物体与水平面间的动摩擦因数.

解答 解:0~2s内,物体的加速度大小 a1=$\frac{△{v}_{1}}{△{t}_{1}}$=$\frac{10}{2}$=5m/s2
由牛顿第二定律可得 F+μmg=ma1
2~4s内,物体的加速度大小 a2=$\frac{△{v}_{2}}{△{t}_{2}}$=$\frac{2}{2}$=1m/s2
由牛顿第二定律可得 F-μmg=ma2
由上可得 μ=$\frac{{a}_{1}-{a}_{2}}{2g}$=$\frac{5-1}{2×10}$=0.2,F=$\frac{1}{2}$m(a1+a2)=$\frac{1}{2}×$20×(5+1)N=60N
答:F的大小是60N,物体与水平间的动摩擦因数为 0.2

点评 对于多阶段运动过程的处理,一定要分阶段进行分析处理,并能从速度时间图象上获取相关信息,速度时间图象的斜率表示加速度.

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