Question

质量m=1kg的物体，在水平拉力F（拉力大小恒定，方向与物体初速度方向相同）的作用下，沿粗糙水平面运动，经过位移4m时，拉力F停止作用，运动到位移是8m时物体停止，运动过程中E_k-x的图线如图所示．g取10m/s²求：
（1）物体的初速度多大？
（2）物体和平面间的动摩擦因数为多大？
（3）拉力F的大小？

Answer 1

分析：物体在水平拉力作用下沿粗糙水平面做匀加速运动，由动能定理可知动能变化与发生位移成正比．图象的纵截距是初动能，图象的斜率大小为合力大小，则由动能定理列出两组方程，从而求出摩擦力与拉力．

解答：解：（1）从图线可知初动能为2 J，
E_k0=

1

2

mv²=2 J，
v=2 m/s．
（2）在位移4 m处物体的动能为10 J，在位移8 m处物体的动能为零，这段过程中物体克服摩擦力做功．
设摩擦力为F_f，则-F_fx₂=0-10 J=-10 J
F_f=N=2.5 N
因F_f=μmg 故μ=0.25．
（3）物体从开始到移动4 m这段过程中，受拉力F和摩擦力F_f的作用，合力为F-F_f，
根据动能定理有    （F-F_f）?x₁=△E_k
故得F=4.5 N．
答：（1）物体的初速度为2m/s．
（2）物体和平面间的动摩擦因数为0.25．
（3）拉力F的大小为4.5N．

点评：让学生掌握通过图象来解物理问题，题中图象的纵截距表示初动能，而图象斜率大小为合力大小．