如图所示,倾角a=60°的斜面上,放一质量为1kg的物体,用k=100N/m的轻弹簧平行于斜面拉着,物体放在PQ之间任何位置都能处于静止状态,而超过这一范围,物体就会沿斜面滑动.若AP=22cm,AQ=8cm,试求物体与斜面间的最大静摩擦力的大小.

问题描述:

如图所示,倾角a=60°的斜面上,放一质量为1kg的物体,用k=100N/m的轻弹簧平行于斜面拉着,物体放在PQ之间任何位置都能处于静止状态,而超过这一范围,物体就会沿斜面滑动.若AP=22cm,AQ=8cm,试求物体与斜面间的最大静摩擦力的大小.

P、Q两点应是静摩擦力最大的两个临界位置,在P点弹簧处于伸长状态,受力分析如图(1)所示:

根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F1-mgsinα        ①
在Q点弹簧处于压缩状态,受力分析如图(2)所示,根据共点力平衡条件,有:
Ffm=F2+mgsinα           ②
设弹簧的原长为x,有:
F1=k(0.22-x)        ③
F2=k(x-0.08)④
联立①②③④得:
2Ffm=F1+F2=k(0.22-0.08)
所以Ffm=

1
2
×10×0.14 N=0.7 N.
答:物体与斜面间的最大静摩擦力的大小为0.7N.
答案解析:由题,当物体位于P点时,将要向上运动,静摩擦力沿斜面向下达到最大.当物体位于Q点时,物体将向下运动,静摩擦力沿斜面向上达到最大.根据平衡条件和胡克定律列方程求解最大静摩擦力.
考试点:摩擦力的判断与计算
知识点:本题是物体平衡中临界问题,当两物体间恰好发生相对运动时,静摩擦力达到最大是常用的临界条件.