Question

5．如圖所示，一質(zhì)量m=2kg的物體靜止放置于水平地面，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，一質(zhì)量不計(jì)的彈簧原長(zhǎng)l₀=10cm，一端固定于物體上，另一端施加一水平拉力F．（設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，g=10m/s²）．
（1）若將彈簧拉長(zhǎng)到12cm時(shí)，物體恰好勻速運(yùn)動(dòng)，則彈簧的勁度系數(shù)k為多大？
（2）若將彈簧拉長(zhǎng)到11cm時(shí)，物體所受到的摩擦力f₁大小為多少？
（3）若將彈簧拉長(zhǎng)到13cm時(shí)，物體所受到的滑動(dòng)摩擦力f₂大小為多少？

Answer 1

分析 （1）物體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧的拉力與滑動(dòng)摩擦力平衡，由平衡條件和胡克定律求出彈簧的勁度系數(shù)．
（2）若將彈簧拉長(zhǎng)到11cm時(shí)，彈簧的拉力小于最大靜摩擦力，物體仍靜止，由平衡條件求解物體所受到的靜摩擦力大小．
（3）若將彈簧拉長(zhǎng)到13cm時(shí)，物體將加速前進(jìn)，此時(shí)所受到的是滑動(dòng)摩擦力，由平衡條件求解．

解答 解：（1）物體勻速前進(jìn)時(shí)，由平衡條件得：
k（x-x₀）=μmg
代入解得：k=200N/m．
（2）若將彈簧拉長(zhǎng)到11cm時(shí)，彈簧的拉力為：F₁=k（x₁-x₀）=200×（0.11-0.10）N=2N
最大靜摩擦力可看做等于滑動(dòng)摩擦力：F_fm=0.2×2×10 N=4 N
可知物體沒(méi)動(dòng)，則所受的靜摩擦力為：F_f1=F₁=2 N．
（3）若將彈簧拉長(zhǎng)到13cm時(shí)，彈簧彈力：F₂=k（x₂-x₀）=200×（0.13-0.10）N=6 N．
物體將加速前進(jìn)，此時(shí)所受到的滑動(dòng)摩擦力為：F_f2=μF_N=μmg=0.2×2×10 N=4 N．
答：（1）當(dāng)彈簧長(zhǎng)度為12cm時(shí)，物體恰好勻速運(yùn)動(dòng)，彈簧的勁度系數(shù)200N/m．
（2）若將彈簧拉長(zhǎng)到11cm時(shí)，物體所受到的摩擦力大小為2N．
（3）若將彈簧拉長(zhǎng)到13cm時(shí)，物體所受的摩擦力大小為4N．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于摩擦力問(wèn)題，首先要根據(jù)物體的受力情況，判斷物體的狀態(tài)，確定是何種摩擦力，再選擇解題方法．靜摩擦力由平衡條件求解，而滑動(dòng)摩擦力可由公式或平衡條件求解．