Question

如图a所示，质量m=2.0kg的物体静止在水平面上，物体跟水平面间的动摩擦因数为μ=0.20．从 t=0时刻起，物体受到一个水平力F的作用而开始运动，前8s内F随时间t变化的规律如图b所示，g取10m/s ²

求：（l）通过分析计算，在图c的坐标系中画出物体在前8s内的 v 一 t 图象．
（2）前 8s 内水平力 F 所做的功．

Answer 1

解：（1）在0-4s内：根据牛顿第二定律得：
     F-μmg=ma₁   
解得a₁=3m/s²    
第4s末物体的速度为v₁=at₁=12m/s
在4-5s：-（F+μmg）=ma₂  
解得a₁=-7m/s²  
第5s末物体的速度为v₂=v₁+a₂t₂=12-7×1=5（m/s）
F变为零后：-μmg=ma₃       
解得a₃=-2m/s²    
运动时间为t₃===2.5s
所以t=7.5s时刻停止．画出物体在前8s内的 v-t 图象如图所示．
（2）由图可得：0-4s内物体的位移s₁=m=24m，4-5s内物体的位移s₂=m=8.5 m
前8s内水平力F所做的功为
   W_F=F₁S₁-F₂S₂     解得   W_F=155J    
答：
（1）画出物体在前8s内的 v-t 图象如图所示．
（2）前8s内水平力 F 所做的功为155J．
分析：（1）根据牛顿第二定律求出前4s内和第5s内物体的加速度，由速度公式求出第4s末和第5s末物体的速度．撤去F后物体做匀减速运动，由牛顿第二定律求出加速度，由速度公式求出速度减到零的时间．再画出v-t图象．
（2）由图象的“面积”求出前4s内和第5s内物体的位移，再求出F所做的功．
点评：本题在分析物体运动基础上，运用牛顿第二定律和运动学公式的结合求解物体的速度，是物理上基本的研究方法．