Question

一根彈性細(xì)繩勁度系數(shù)為K，將其一端固定，另一端穿過一光滑小孔O系住一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊放在水平地面上．當(dāng)細(xì)繩豎直時(shí)，小孔O到懸點(diǎn)的距離恰為彈性細(xì)繩原長，小孔O到正下方水平地面上P點(diǎn)的距離為h（h＜滑塊與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為u，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，彈性細(xì)繩始終在其彈性限度內(nèi)．
求：
（1）當(dāng)滑塊置于水平面能保持靜止時(shí)，滑塊到P點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離；
（2）如果滑塊從P點(diǎn)向右勻速運(yùn)動(dòng)，就需給滑塊一水平向右的力F，力F與時(shí)間t的關(guān)系為如圖所示的直線，已知圖線的斜率為b．根據(jù)圖線求滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度；
（3）若在上述勻速運(yùn)動(dòng)的過程中，滑塊從P點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)了S的距離，求拉力F所做的功．

Answer 1

解：（1）設(shè)滑塊離P點(diǎn)最遠(yuǎn)時(shí)，彈性繩伸長x，彈性繩與水平面夾角為θ，滑塊到P點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離為L，受力如圖所示，
kxcosθ=μN(yùn)…①
N+kxsinθ=mg…②
又h=xsinθ…③
L=xcosθ…④
由①②③④解得：
L=
（2）滑塊向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力如圖所示，
F=kxcosθ+μN(yùn)…⑤
N+kxsinθ=mg…⑥
又vt=xcosθ…⑦
由③⑤⑥⑦解得：
F=kvt+μ（mg-kh）
結(jié)合F與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可得：
kv=b
∴v=
（3）設(shè)滑塊勻速移動(dòng)的位移為S，有：
s=vt…⑧
由⑤⑥⑧得：F=ks+μ（mg-kh）
由此作出F-S的關(guān)系圖線，則圖線所圍成的面積即為外力F所做的功：
W=
答：
（1）當(dāng)滑塊置于水平面能保持靜止時(shí)，滑塊到P點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離是；
（2）根據(jù)圖線求滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度是；
（3）在上述勻速運(yùn)動(dòng)的過程中，滑塊從P點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)了S的距離，拉力F所做的功是．
分析：（1）當(dāng)滑塊置于水平面能保持靜止離P點(diǎn)最遠(yuǎn)時(shí)，靜摩擦力恰好達(dá)到最大值，根據(jù)平衡條件和胡克定律列式求出滑塊到P點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離．
（2）根據(jù)平衡條件和位移公式得到力F與時(shí)間t的關(guān)系圖象，由數(shù)學(xué)知識(shí)求出滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度．
（3）由平衡條件得到力F與位移S的圖象，圖線所圍成的面積即為外力F所做的功，由幾何知識(shí)求解拉力F所做的功．
點(diǎn)評(píng)：本題的難點(diǎn)是根據(jù)平衡條件和位移公式得到F與t解析式及F與s的表達(dá)式，作出圖象，抓住圖象的數(shù)學(xué)意義進(jìn)行分析．第3問題，也可以根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律這樣列方程求解：
W=k-+μ（mg-kh）s=