解题思路:(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.
(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=
μ(mg−kh)
k
(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=[b/k]
(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=
ks2+2μ(mg−kh)s
2
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
μ(mg−kh)
k;
(2)根据图线求滑块匀速运动的速度是[b/k];
(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
ks2+2μ(mg−kh)s
2.
点评:
本题考点: 共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用;牛顿第二定律.
考点点评: 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=[1/2]k(s2+h2)2-12kh2+μ(mg-kh)s=12ks2+μ(mg−kh)s