一根弹性细绳劲度系数为K,将其一端固定,另一端穿过一光滑小孔O系住一质量为m的滑块,滑块放在水平地面上.当细绳竖直时,小孔O到悬点的距离恰为弹性细绳原长,小孔O到正下

发布时间:2020-08-06 21:40:27

一根弹性细绳劲度系数为K,将其一端固定,另一端穿过一光滑小孔O系住一质量为m的滑块,滑块放在水平地面上.当细绳竖直时,小孔O到悬点的距离恰为弹性细绳原长,小孔O到正下方水平地面上P点的距离为h(h<滑块与水平地面间的动摩擦因数为u,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹性细绳始终在其弹性限度内.
求:
(1)当滑块置于水平面能保持静止时,滑块到P点的最远距离;
(2)如果滑块从P点向右匀速运动,就需给滑块一水平向右的力F,力F与时间t的关系为如图所示的直线,已知图线的斜率为b.根据图线求滑块匀速运动的速度;
(3)若在上述匀速运动的过程中,滑块从P点向右运动了S的距离,求拉力F所做的功.

网友回答

解:(1)设滑块离P点最远时,弹性绳伸长x,弹性绳与水平面夹角为θ,滑块到P点的最远距离为L,受力如图所示,
? kxcosθ=μN…①
? N+kxsinθ=mg…②
又h=xsinθ…③
? L=xcosθ…④
由①②③④解得:
L=
(2)滑块向右匀速运动时,受力如图所示,
?F=kxcosθ+μN…⑤
?N+kxsinθ=mg…⑥
又vt=xcosθ…⑦
由③⑤⑥⑦解得:
F=kvt+μ(mg-kh)
结合F与时间t的关系图线,可得:
kv=b
∴v=?
(3)设滑块匀速移动的位移为S,有:
s=vt…⑧
由⑤⑥⑧得:F=ks+μ(mg-kh)
由此作出F-S的关系图线,则图线所围成的面积即为外力F所做的功:
W=
答:
(1)当滑块置于水平面能保持静止时,滑块到P点的最远距离是;
(2)根据图线求滑块匀速运动的速度是;
(3)在上述匀速运动的过程中,滑块从P点向右运动了S的距离,拉力F所做的功是.
解析分析:(1)当滑块置于水平面能保持静止离P点最远时,静摩擦力恰好达到最大值,根据平衡条件和胡克定律列式求出滑块到P点的最远距离.
(2)根据平衡条件和位移公式得到力F与时间t的关系图象,由数学知识求出滑块匀速运动的速度.
(3)由平衡条件得到力F与位移S的图象,图线所围成的面积即为外力F所做的功,由几何知识求解拉力F所做的功.

点评:本题的难点是根据平衡条件和位移公式得到F与t解析式及F与s的表达式,作出图象,抓住图象的数学意义进行分析.第3问题,也可以根据能量转化和守恒定律这样列方程求解:
W=k-+μ(mg-kh)s=
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