Question

水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为μ（0＜μ＜1）．现对木箱施加一个拉力F，使木箱沿水平面做匀速直线运动．设F的方向与水平面夹角为θ（如图所示）．在θ角由0°逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，则下列说法中正确的是（　　）

A．F大小不变

B．F一直增大

C．F的瞬时功率一直减小

D．F的瞬时功率不变

Answer 1

分析：在θ从0逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，说明物体受力始终平衡，受力分析后正交分解表示出拉力F，应用数学方法讨论F的变化，再由P=Fvcsθ判断功率的变化．

解答：解：因为物体匀速运动，水平竖直方向均受力平衡：
Fcosθ=μ（mg-Fsinθ）
F=

μmg

cosθ+μsinθ

令：sinβ=

1

1+μ2

，cosβ=

μ

1+μ2

，即：tanβ=

1

μ

则：F=

μmg

(sinβcosθ+cosβsinθ) 1+μ2

=

μmg

sin(β+θ) 1+μ2

θ从0逐渐增大到90°的过程中，在θ+β＜90°前：sin（β+θ）逐渐变大，所以F逐渐减小；
在θ+β＞90°后：sin（β+θ）逐渐变小，所以F逐渐减大；
所以结论是：F先减小后增大，故AB错误．
C、D、功率：P=Fvcsθ=

μmg

cosθ+μsinθ

×v×cosθ=

μmgv

1+μtanθ

θ从0逐渐增大到90°的过程中，tanθ一直在变大，所以功率P一直在减小，故C正确，D错误；
故选C．

点评：本题为平衡条件的应用问题，受力分析后应用平衡条件求解即可，难点在于研究对象的选择和应用数学方法讨论拉力F的变化，难度不小，需要细细品味．