题目:一个质量为m的物体,在水平恒力F的作用下,在光滑水平面上发生一段位移L,已知物体与地面间的摩擦因数为μ,求这个物体的动能。
解析:
在这个问题中,我们需要考虑物体的动能是如何产生的。动能是由物体的质量和速度共同决定的。在光滑水平面上,物体受到的力只有水平恒力F,因此物体的动能主要由这个力来提供。
根据动能定理,物体动能的增加量等于合外力对物体做的功。在这个问题中,合外力就是水平恒力F,位移就是这段位移L。因此,物体的动能可以表示为:
动能 = 合外力做功 / 质量 = FL / m
其中,F是水平恒力,L是物体发生的位移,m是物体的质量。
所以,这个物体的动能为FL / m。
例题:
假设一个质量为5kg的物体在光滑的水平面上受到一个大小为20N的恒力作用,从静止开始运动,经过5s,求这个物体的动能。
解析:
在这个问题中,物体受到的合外力就是水平恒力F,位移就是5秒内的总位移。根据上面的公式,可得到物体的动能:
动能 = 合外力做功 / 质量 = FS / m = 20 (5 t) / 5 = 20 5 = 100J
所以,这个物体的动能为100J。
题目:一个质量为m的物体,在水平恒力F的作用下,在光滑水平面上发生位移L,求此过程中恒力F做的功。
解析:根据功的公式,恒力做功等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。在这个问题中,物体受到的力为F,方向水平,位移为L。因此,恒力F做的功为:
W = FL
例题:一个质量为2kg的物体,在大小为4N的水平恒力作用下,在光滑水平面上移动了2m。求此过程中恒力F做的功。
解析:根据上述公式,可得到恒力F做的功为:
W = Fs = 4N 2m = 8J
相关例题:一个质量为5kg的物体,在大小为10N的水平恒力作用下,在粗糙的水平面上移动了2m。求此过程中恒力F做的功和摩擦力做的功。
解析:对于粗糙的水平面,物体受到的摩擦力与物体的运动方向相反,因此摩擦力做负功。根据功的公式,恒力做功等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。摩擦力做功可以通过摩擦力与物体相对位移的乘积得到。因此,此过程中恒力F做的功为:
W = Fs = 10N 2m = 20J
摩擦力做的功为:
W' = - fs' = - μmgs' = - μ5kg9.8m/s^2 2m = - 98J
其中μ为摩擦系数,s'为物体相对地面的位移。由于摩擦力和运动方向是相反的,所以摩擦力的功为负值。
题目:
一物体在水平恒力作用下沿水平面做直线运动,开始阶段物体做匀加速运动,后阶段做匀减速运动,关于物体受到的摩擦力,下列说法正确的是( )
A. 匀加速阶段和匀减速阶段受到的摩擦力相同
B. 匀加速阶段受到的摩擦力大于匀减速阶段受到的摩擦力
C. 匀加速阶段受到的摩擦力大于物体对水平面的压力
D. 匀加速阶段受到的摩擦力方向与运动方向相同,匀减速阶段受到的摩擦力方向与运动方向相反
解析:
匀加速阶段和匀减速阶段物体受到的摩擦力均为静摩擦力,由牛顿第三定律可知,大小相等,方向相反。故A正确,B错误。
匀加速阶段和匀减速阶段物体均受到与运动方向相同的静摩擦力作用,故D正确。
物体做匀减速运动时,速度减小到零后不再运动,此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,大小为$f = \mu F_{N}$,由于$F_{N}$不变,故滑动摩擦力不变。故C错误。
相关例题:
例题:一物体在水平面上做直线运动,受到水平方向的恒定拉力$F_{1}$作用后,以速度$v_{1}$开始运动,经过时间$t_{1}$后撤去拉力$F_{1}$,物体继续向前运动一段距离后停止。已知物体的质量为$m$,求:
(1)撤去拉力前物体的加速度;
(2)撤去拉力后物体继续滑行的距离;
(3)物体在整个运动过程中受到的摩擦力的大小。
解析:
(1)物体在拉力作用下做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律可得:$F_{1} - f = ma_{1}$,解得:$a_{1} = \frac{F_{1} - f}{m}$。
(2)撤去拉力后物体做减速运动,根据牛顿第二定律可得:$f = ma_{2}$,解得:$a_{2} = \frac{f}{m}$。根据速度位移公式可得:$v_{1}^{2} = 2a_{2}x$,解得:$x = \frac{v_{1}^{2}}{2a_{2}} = \frac{v_{1}^{2}}{2f}$。
(3)在整个过程中,根据动能定理可得:$W_{F} - W_{f} = 0 - 0$,解得:$W_{f} = W_{F} = F_{1}t_{1}$。由于物体在拉力作用下做匀加速直线运动时受到的摩擦力为滑动摩擦力,大小为$f = \mu F_{N}$,而撤去拉力后物体继续滑行时受到的摩擦力为静摩擦力,大小为$f^{\prime} = F_{N}$。由于物体的质量为$m$不变,所以整个过程中物体受到的摩擦力不变。因此物体在整个运动过程中受到的摩擦力的大小为:$f = \mu F_{N} = \mu mg$。
