题目内容

装有装饰材料的木箱A质量为m=50kg,放在水平地面上,要将它运送到s=40m远处的施工现场.如果用F=450N的水平恒力使A从静止开始运动,到达施工现场时木箱A的速度是vt=20m/s.
(1)求木箱与地面间的动摩擦因数μ.
(2)若用大小为450N,方向与水平方向夹角为α(cosα=0.8)斜向上的拉力拉木箱A从静止开始运动,使木箱A能够到达40m远处的施工现场,拉力至少做多少功?(运动过程中动摩擦因数处处相同,结果保留2位有效数字).
分析:(1)对全过程运用动能定理,求出木箱与地面间的动摩擦因数.
(2)拉力作用一段时间后,撤去拉力,物体匀减速直线运动到终点,抓住总位移为40m,结合牛顿第二定律和运动学公式求出匀加速直线运动的位移,从而求出拉力所做的最小的功.
解答:解:(1)将木箱看作是质量为m的质点,设:摩擦阻力为f
第一个运动过程中,根据动能定理有:Fs-fs=
1
2
mvt2

f=μFN,FN=mg代入数据:450×40-μ×50×10×40=
1
2
×50×400

解得木箱与地面间的动摩擦因数为:μ=0.4.
(2)第二个运动过程中,使木箱能够到达40m远,
即:未撤去拉力的过程中,木箱的位移为s1,撤去拉力后,木箱的位移为s2.撤去拉力前、后木箱共滑行至40m远处,此时刚好速度为零.此情况中拉力做的功为所求.
由功的定义,有:WFmin=Fs1cosα------①
由题意可知:s=s1+s2---------②
在s1阶段末木箱运动速度为v1,有:v12=2a1s1-----③
对s2阶段,末速度为0,有:v12=2a2s2-------④
在s1阶段,根据牛顿第二定律,有:
Fcosα-f2=ma1-------⑤
FN1+Fsinα-mg=0------⑥
f2=μFN1
⑤⑥⑦式联立,代入数据,解得:a1=5.36m/s2
在s2阶段,根据牛顿第二定律有:
f3=μFN=μmg=ma2-------⑧
由⑧式解得:a2=4.0 m/s2
由③④式可得:
s1
s2
=
a2
a1
-------⑨
②式与⑨式联立,代入数据,解得:s1=17.1m
代入①式,故拉力至少做功为:WFmin=Fs1cosα
代入数据,有:WFmin=450×17.1×0.8≈6.2×103J.
答:(1)木箱与地面间的动摩擦因数为0.4.
(2)拉力至少做6.2×103J的功.
点评:本题综合考查了动能定理、牛顿第二定律,综合性强,过程较复杂,关键理清物体的运动过程,选择合适的规律进行求解.
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