Question

15．如圖1所示，水平地面上有一塊密度0.5×10³kg/m³、邊長(zhǎng)為1m的正方體木塊．小林用水平推力F把木塊向前推動(dòng)，此過程中，推力F和木塊前進(jìn)的速度v的大小隨時(shí)間t的變化情況分別如圖2甲、乙所示．求：

（1）木塊靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）在3～5s內(nèi)，推力對(duì)木塊所做的功；
（3）請(qǐng)?jiān)趫D2丙中，畫出0～6s內(nèi)木塊所受的摩擦力f隨時(shí)間t變化的圖線．

Answer 1

分析 （1）木塊放在水平地面時(shí)的壓力和自身的重力相等，已知木塊是正方體；則可以利用p=ρgh求對(duì)水平地面的壓強(qiáng)；
（2）根據(jù)丙圖算出在3-5s內(nèi)通過的距離，根據(jù)乙圖找出此時(shí)的推力，根據(jù)W=Fs計(jì)算出推力做的功；
（3）物體處于平衡狀態(tài)時(shí)受到的力就是平衡力，根據(jù)平衡力的大小相等判斷出摩擦力的大小．

解答 解：（1）由于木塊是正方體，放在水平地面時(shí)，
由p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{ρVg}{S}$=$\frac{ρShg}{S}$=ρgh可知：
對(duì)水平地面的壓強(qiáng)p=ρgh=0.5×10³kg/m³×1m×10N/kg=5000Pa；
（2）由圖象可知在3～5s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度v₃=1m/s，推力F₃=200N，
由v=$\frac{s}{t}$可得，在3-5s內(nèi)移動(dòng)的距離為：
s₃=v₃t₃=1m/s×2s=2m，
推力做功：
W=F₃s₃=200N×2m=400J；
（3）由圖2甲乙可知，用200N的水平推力能使木箱勻速前進(jìn)說明此時(shí)木箱所受的摩擦力和推力是水平方向上的一對(duì)平衡力，摩擦力等于推力等于200N．
木箱在1～3s內(nèi)做加速運(yùn)動(dòng)，受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，滑動(dòng)摩擦力與推力大小無關(guān)，物體間接觸面與物體間壓力不變，物體受到的滑動(dòng)摩擦力不變，則1s～3s木箱受到的摩擦力大小為200N．
在0～1s內(nèi)物體沒有移動(dòng)，處于靜止?fàn)顟B(tài)，摩擦力與推力相平衡，即此時(shí)摩擦力為100N，圖象如下圖：

答：（1）木塊靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為5000Pa；
（2）在3-5s內(nèi)，推力對(duì)木塊所做的功為400J；
（3）如上圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)力學(xué)圖象的分析能力，能從圖象上得到有用的物理信息是解題的關(guān)鍵，是一道鍛煉學(xué)生分析思考能力的好題．