牛顿定律中的临界问题[1]
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牛顿定律中的临界问题
（一）有关弹力的临界问题——明确弹力变化的特点
1. 如图A－3所示，在斜面体上用平行于斜面的轻绳挂一小球，小球质量为m，斜面体倾角为θ，置于光滑水平面上 (g取10m/s2)，求：
（1）当斜面体向右匀速直线运动时，轻绳拉力为多大；
（2）当斜面体向左加速运动时，使小球对斜面体的压力为零时，斜面体加速度为多大？
（3）为使小球不相对斜面滑动，斜面体水平向右运动的加速度应不大于______．
2.如图6－13所示，车厢内光滑的墙壁上，用线拴住一个重球．车静止时，线的拉力为T，墙对球的支持力为N．车向右作加速运动时，线的拉力为T′，墙对球的支持力为N′，则这四个力的关系应为：T′ T；N′ N．（填>、<或＝）若墙对球的支持力为0，则物体的运动状态可能是或
3.一斜面体固定在水平放置的平板车上，斜面倾角为θ，质量为m的小球处于竖直挡板和斜面之间，当小车以加速度a向右加速度运动时，小球对斜面的压力和对竖直挡板的压力各是多少？（如下图所示）
4.如图所示，光滑的圆球恰好放存木块的圆弧槽内，它们的左边接触点为A，
槽半径为R，且OA与水平面成α角.球的质量为m，木块的质量为M，M所处
的平面是水平的，各种摩擦及绳、滑轮的质量都不计.则释放悬挂物P后，要
使球和木块保持相对静止，P物的质量的最大值是多少?【12】
（二）有关斜面上摩擦力的临界问题——物体在斜面上滑动的条件
5.如图所示，物体A放存固定的斜面B上，在A上施加一个竖直向下的恒力F，下列说法中正确的有( )
(A)若A原来是静止的，则施加力F后，A仍保持静止
(B)若A原来是静止的，则施加力F后，A将加速下滑
(C)若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度不变
(D )若A 原来是加速下滑的，则施加力F 后，A 的加速度将增大
6.（09·北京·18）如图所示，将质量为m 的滑块放在倾角为θ的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g ，则（ C ） A ．将滑块由静止释放，如果μ＞tan θ，滑块将下滑
B ．给滑块沿斜面向下的初速度，如果μ＜tan θ，滑块将减速下滑
C ．用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果μ=tan θ，拉力大小应是2mgsin θ
D ．用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果μ=tan θ，拉力大小应是mgsin θ
7.（08·全国Ⅱ·16）如右图,一固定斜面上两个质量相同的小物块A 和B 紧挨着匀速下滑,A 与B 的接触面光滑.已知A 与斜面之间的动摩擦因数是B 与斜面之间动摩擦因数的2倍,斜面倾角为α.B 与斜面之间的动摩擦因数是( )
A.
αtan 32 B.αcot 32
C.αtan
D.αcot
（三）有关水平面上摩擦力的临界问题——注意产生加速度的原因
8.长车上载有木箱，木箱与长车接触面间的静摩擦因数为0.25.如长车以v=36km ／h 的速度行驶，长车至
少在多大一段距离内刹车，才能使木箱与长车间无滑动(g 取10m ／s 2
)?
9.(07江苏6)如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m 和2m 的四个木块,其中两个质量为m 的木块间用可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是μmg.现用水平拉力F 拉其中一个质量为2m 的木块,使四个木块以同一加速度运动,则轻绳对m 的最大拉力为 ( )
A.
53mg μ B. 43mg
μ C. 2
3mg μ D. 3μmg
10.如图所示，质量为M 的木板上放着一质量为m 的木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与水平地面间的动摩擦因数为μ2，加在小板上的力F 为多大，才能将木板从木块下抽出?
11.如图所示，一条轻绳两端各系着质量为m 1和m 2的两个物体，通过定滑轮悬挂在车厢顶上，m 1>m 2，绳与滑轮的摩擦忽略不计.若车以加速度a 向右运动,m 1仍然与车厢地板相对静止，试问:(1)此时绳上的张力T.(2)m 1与地板之间的摩擦因数μ至少要多大?
12.质量分别为m 1和m 2的木块重叠后放存光滑的水平面上，如图所示.m 1和m 2间的动
摩擦因数为μ.现给m 2施加随时间t 增大的力F=kt ，式中k 是常数，试求m 1、m 2的加速度a 1、a 2与时间的关系，并绘出此关系的曲线图.
13如图8－5所示，长方形盒子长为L ，放在水平地面上，盒内小物体A 与盒底之间的动摩擦因数为μ，初始二者均静止，且A 靠在盒子的右壁上．当盒子突然以水平加速度a 起动时， （1）此时加速度多大，物体A 才能相对于盒子滑动？
（2）若物体A 已相对于盒子滑动，且盒子的加速度a 为定值，则需要多长时间物体A 与盒子左壁相撞？
（四）经典试题赏析
14．如图，质量为M 的长木板B 静止位于水平面上，另有一质量为m 的木块A 由木板左端以V 0初速度开始向右滑动．已知A 与B 间的动摩擦因素为μ1，B 与水平面间的动摩擦因数为μ2，木块A 的大小可不计．试求：
（1）若木板B 足够长，木块A 与木板到相对静止时两者的共同速度多大？ （2）木块A 开始滑动经多长时间可与木板B 有共同速度？ （3）为使A 与B 达到共同速度，木板B 的长度至少为多大？ （4）为使B 能在水平面滑行，则1μ和2μ之间应满足什么条件？
（5）为使物体A 与B 达到共同速度后，能以相同的加速度减速，则1μ和2μ之间应满足什么条件？ 15.（09·山东·24）（15分）如图所示，某货场而将质量为m1=100 kg 的货物（可视为质点）从高处运
送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径R=1.8 m 。地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板A 、B ，长度均为l=2m ，质量均为m 2=100 kg ，木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数μ=0.2。
（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10 m/s 2
）
（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。
（2）若货物滑上木板4时，木板不动，而滑上木板B 时，木板B 开始滑动，求μ1应满足的条件。 （3）若μ1=0。5，求货物滑到木板A 末端时的速度和在木板A 上运动的时间。
1.θsin mg ；θgctg
．
2. “＝”；“>” 向左的加速运动 向右的减速运动
3解析：以小球为研究对象，小球匀加速运动时受到重力G 、斜面对小球的支持力1F 和竖直挡板对小球的支持力2F 的作用．如下图所示，将1F 正交分解，据牛顿第二定律列方程：
ma F F =-θsin 12 …… ① mg F =θcos 1 …… ②
由①、②解得：θ
cos 1mg
F =
θtan 2mg ma F += 根据牛顿第三定律，小球对斜面的压力θ
cos 11mg F F =='
，对竖直挡板的压力大小
θtan 22mg ma F F +=='．4答案:α≤45°时，不论P 多大，小球均不会翻出.α>45°时，
α
α
cot 1cot )m M (m P -+=
5答案:AD (提示:注意对物体A 正确的受力分析，然后根据牛顿第二定律求解)
6.解析：对处于斜面上的物块受力分析，要使物块沿斜面下滑则mgsin θ>μmgcos θ，故μ 3 2 tan α. 8答案:20m 9答案B 解析 以四个木块为研究对象,由牛顿第二定律得:F=6ma,绳的拉力最大时,m 与2m 间的摩擦力刚好为最大静摩擦力μmg,以2m 为研究对象,则:F-μmg=2ma,对m 有:μmg- T =ma,联立以上三式得:T=4 3μmg. 10答案:F>(μ1+μ2)(M+m)g 11答案:(1)2 22a g m T +=(2)2 2 211a g m g m a m +-≥ μ 12答案:当t ≤t 0时，)m m (kt a a 2121+= =；当t>t 0时，g )m kt (a ,m g m a 2 2121μμ-==， 13答案：g a μ>；) (2g a L T μ-= 14．) )((])[(310221μμμμμ-+--m M V M m ；g m M MV ))((210μμ-+；g m M MV ))((2212 0μμ-+； 21μμm m M +> 1μ＞2μ 15.解析：（1）设货物滑到圆轨道末端是的速度为0v ，对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得， 21012 mgR m v = ①设货物在轨道末端所受支持力的大小为N F , 根据牛顿第二定律得，20 11N v F m g m R -= ② 联立以上两式代入数据得3000N F N = ③ 根据牛顿第三定律，货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N ，方向竖直向下。 （2）若滑上木板A 时，木板不动，由受力分析得 11212(2)m g m m g μμ≤+ ④ 若滑上木板B 时，木板B 开始滑动，由受力分析得 11212()m g m m g μμ>+ ⑤ 联立④⑤式代入数据得10.6 μ0.4<≤ ⑥。 （3）10.5μ=，由⑥式可知，货物在木板A 上滑动时，木板不动。设货物在木板A 上做减速运动时的加速度大小为1a ，由牛顿第二定律得 1111m g m a μ≤ ⑦ 设货物滑到木板A 末端是的速度为1v ，由运动学公式得 22 1012v v a l -=- ⑧ 联立①⑦⑧式代入数据得 14/v m s = ⑨ 设在木板A 上运动的时间为t ，由运动学公式得 101v v a t =- ⑩ 联立①⑦⑨⑩式代入数据得0.4t s =。 考点：机械能守恒定律、牛顿第二定律、运动学方程、受力分析 牛顿运动定律的应用----------临界问题 一、临界问题 在物体的运动变化过程中，往往会出现某个特殊的状态，相关物理量在这个特定状态前后会发生突变，这种运动状态称为临界状态。临界状态通常分为运动（速度、加速度）变化的临界状态和力（摩擦力、弹力）变化的临界状态。 1、运动变化的临界状态：运动的物体出现最大或最小速度，相互作用的物体在运动中达到共同的速度等。 2、力变化的临界状态： 相互作用的物体间静摩擦力达到最大时将要发生相对滑动。 相互接触的物体运动中因为弹力逐渐减小直至减小到零将要发生分离等。 二、分析临界问题的一般步骤 1、通过受力分析和过程分析找到临界状态； 2、弄清在临界状态下满足的临界条件；如：两相互滑动的物体恰好不脱离、同向运动的两个物体相距最近的临界条件是两物体达到共同的速度。 3、使用物理方法或数学方法求解。 【例1】（弹力变化的临界）如图1所示，在倾角为θ的光滑斜 面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A 、B ，它们的质量分别为m A 、m B ，弹簧的劲度系数为k ，C 为一固定挡板．系统处于静止状态．现开始用一恒力F 沿斜面方向拉物块A 使之向上运动，求物块B 刚要离开C 时物块A 的加速度a 和从开始到此时物块A 的位移d ．重力加速度为g ． 变式1．如图2所示，一弹簧秤的托盘质量m 1=1.5kg ，盘内放一质量为m 2=10.5kg 的物体P ，弹簧质量不计，其劲度系数为k =800N/m ，开始时系统处于静止状态．现给 P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静止开始做匀加速直线运动，已知在最 初0.2s 内F 是变化的，在0.2s 后F 是恒定的，求F 的最大值和最小值各是 多少．（取g =10m/s 2） 【例2】（摩擦力变化的临界）如图3所示，物体A 叠放在物体B 上，B 置于光滑水平面上．A 、B 质量分别为m A ＝6 kg 、m B ＝2 kg ，A 、B 之间的动摩擦因数μ＝0.2， F 从10逐渐增大到50N 在此过程中，下列说法准确的是( )． A ．当拉力F <12 N 时，两物体均保持相对静止状态 B ．两物体开始没有相对运动，当拉力超过12 N 时，开始相对滑动 C ．两物体从受力开始就有相对运动 D ．当拉力超过48 N 时，开始相对滑动 θ C 图1 A B 图2 例1.如图所示，一质量为M＝5 kg的斜面体放在水平地面上，斜面体与地面的动摩擦因数为μ1＝0.5，斜面高度为h＝0.45 m，斜面体右侧竖直面与小物块的动摩擦因数为μ2＝0.8，小物块的质量为m＝1 kg，起初小物块在斜面的竖直面上的最高点。现在从静止开始在M上作用一水平恒力F，并且同时释放m，取g＝10 m/s2，设小物块与斜面体右侧竖直面间最大静摩擦力等于它们之间的滑动摩擦力，小物块可视为质点。问： (1)要使M、m保持相对静止一起向右做匀加速运动，加速度至少多大？ (2)此过程中水平恒力至少为多少？ 例1解析：(1)以m为研究对象，竖直方向有： mg－F f＝0 水平方向有：F N＝ma 又F f＝μ2F N 得：a＝12.5 m/s2。 (2)以小物块和斜面体为整体作为研究对象，由牛顿第二定律得：F－μ1(M＋m)g＝(M＋m)a 水平恒力至少为：F＝105 N。 答案：(1)12.5 m/s2(2)105 N 例2.如图所示，质量为m的光滑小球，用轻绳连接后，挂在三角劈的顶端，绳与斜面平行，劈置于光滑水平面上，求： （1）劈的加速度至少多大时小球对劈无压力？加速度方向如何？ （2）劈以加速度a1= g/3水平向左加速运动时，绳的拉力多大？ （3）当劈以加速度a3= 2g向左运动时，绳的拉力多大？ 例2解：（1）恰无压力时，对球受力分析，得 （2），对球受力分析，得 （3），对球受力分析，得（无支持力） 练习： 1.如图所示，质量为M的木板上放着质量为m的木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与水平地面间的动摩擦因数为μ2，求加在木板上的力F为多大时，才能将木板从木块下抽出？（取最大静摩擦力与滑动摩擦力相等） 1解：只有当二者发生相对滑动时，才有可能将M从m下抽出，此时对应的临界状态是：M与m间的摩擦力必定是最大静摩擦力，且m运动的加速度必定是二者共同运动时的最大加速度 隔离受力较简单的物体m，则有：，a m就是系统在此临界状态的加速度 设此时作用于M的力为F min，再取M、m整体为研究对象，则有： F min-μ2(M+m)g=(M+m)a m，故F min=(μ1+μ2)(M+m)g 当F> F min时，才能将M抽出，故F>(μ1+μ2)(M+m)g 2.一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量M=15kg的重物，重物静止于地面上，有一质量m=10kg的猴从绳子另一端沿绳向上爬，如图所示，不计滑轮摩擦，在重物不离开地面条件下，猴子向上爬的最大加速度为（g=10m/s2）（） A．25m/s2 B．5m/s2 C．10m/s2 D．15m/s2 2.分析：当小猴以最大加速度向上爬行时，重物对地压力为零，故小猴对细绳的拉力等于重物的重力，对 小猴受力分析，运用牛顿第二定律求解加速度． 解答：解：小猴以最大加速度向上爬行时，重物对地压力为零，故小猴对细绳的拉力等于重物的重力，即F=Mg； 小猴对细绳的拉力等于细绳对小猴的拉力F′=F； 对小猴受力分析，受重力和拉力，根据牛顿第二定律，有 牛顿运动定律中的临界和极值问题 1．动力学中的典型临界问题 (1)接触与脱离的临界条件 两物体相接触或脱离的临界条件是接触但接触面间弹力F N＝0. (2)相对静止或相对滑动的临界条件 两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对静止或相对滑动的临界条件是：静摩擦力达到最大值． (3)绳子断裂与松弛的临界条件 绳子断与不断的临界条件是绳子张力等于它所能承受的最大张力．绳子松弛的临界条件是 F T＝0. (4)速度最大的临界条件 在变加速运动中，当加速度减小为零时，速度达到最大值． 2．解决临界极值问题常用方法 (1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的． (2)假设法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题． (3)数学法：将物理过程转化为数学公式，根据数学表达式解出临界条件． 题型一：接触与脱离类的临界问题 例1: 如图所示，在劲度系数为k的弹簧下端挂一质量为m的物体，物体下有一 托盘，用托盘托着物体使弹簧恰好处于原长，然后使托盘以加速度a竖直向下做 匀速直线运动（a 牛顿第二定律应用的典型问题 牛顿第二定律应用的典型问题 ——陈法伟 1. 力和运动的关系 力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。由知，加速度与力有直接关系，分析清楚了力，就知道了加速度，而速度与力没有直接关系。速度如何变化需分析加速度方向与速度方向之间的关系，加速度与速度同向时，速度增加；反之减小。在加速度为零时，速度有极值。 例1. 如图1所示，轻弹簧下端固定在水平面上。一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（） 图1 A. 小球刚接触弹簧瞬间速度最大 B. 从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上 C. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小 D. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大 解析：小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。从接触弹簧到到达最低点，弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大。当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。故选CD。 例2. 一航天探测器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是（） A. 探测器加速运动时，沿直线向后喷气 B. 探测器加速运动时，竖直向下喷气 C. 探测器匀速运动时，竖直向下喷气 D. 探测器匀速运动时，不需要喷气 解析：受力分析如图2所示，探测器沿直线加速运动时，所受合力方向与 运动方向相同，而重力方向竖直向下，由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方，由牛顿第三定律可知，喷气方向斜向下方；匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向竖直向下。故正确答案选C。 牛顿定律的临界问题 1.一个物体沿动摩擦因数一定的斜面加速下滑，下列图像，哪一个比较准确的描述了加速度a与斜面倾角θ的关系( ) 2.如图3—46，在光滑水平面上放着紧靠在一起的A、B 两物体，B的质量是A的2倍， B受到水平向右的恒力F B=2N， A受到的水平力F A＝(9－2t)N(t的单位是s) ．从t＝0开始计时，则：（） A．A物体在3s末时刻的加速度是初始时刻的5／11倍； B．t>4s后，B物体做匀加速直线运动； C．t=4.5s时，A物体的速度为零； D．t>4.5s后，A、B的加速度方向相反． 3.如图所示，带倾角为θ的斜面的小车，车上放一个均匀球，不计摩擦。当小车向右匀加速运动时，要保证小球的位置相对小车没变化，小车加速度a不得超过多大? 4.质量为0.2kg的小球用细线吊在倾角为θ=60°的斜面体的顶端，斜面体静止时，小球紧靠在斜面上，线与斜面平行，如图所示，不计摩擦，求在下列两种情况下，细线对小球的拉力（取g=10 m/s2） (1) 斜面体以23m/s2的加速度向右加速运动； (2) 斜面体以43m/s2，的加速度向右加速运动；5.如图3—51所示，把长方体切成质量分别为m和M 的两部分，切面与底面的夹角为θ 长方体置于光滑的水平地面，设切 面亦光滑，问至少用多大的水平力 推m，m才相对M滑动? 6.如图所示，质量为M =5 kg 的光滑圆槽放置在光滑的水平面上，圆槽的圆弧所对圆心角为θ=120°。圆槽内放一质量为m =l kg 的小球，今用一水平恒力F 作用在圆槽上，并使小球相对圆槽静止随圆槽一起运动。取 g =l0m/s 2则： （1）当F ＝60N ，小球与圆槽相对静止时，求槽对小球的支持力[14.14N] （2）要使小球不离开槽而能和槽相对静止一起运动，F 不能超过多少？[603N] 7.如图3－47，质量，m ＝lkg 的物块放在倾角为θ的斜面上，斜面体质量M=2kg ，斜面与物块的动摩擦因数μ＝0.2，地面光滑，θ=37°，现对斜面体施一水平推力F ，要使物体m 相对斜面静止，力F 应为多大?(设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g 取10m ／s 2) 8.如图3—53，斜面倾角为θ，劈形物P 上表面与m 的动摩擦因数为μ，P 上表面水平，为使m 随P 一起运动，当P 以加速度a 沿斜面向上运动时，则μ不应小于多少?当P 在光滑斜面上自由下滑时，μ不应小于多少? 9.将劲度系数为k 的轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m 的物体，物体m 下面用一质量为M 的水平托板托着物体，使弹簧恰维持原长L 。，如图所示， 如果使托板 第5讲 牛顿定律中的临界问题 【例1】如图所示，质量为m 的木块在质量为M 的长木板上向右滑行，木块受到向右的拉力F 的作用，长木板处于静止状态，已知木块与长木板间的动摩擦因数为μ1，长木板与地面间的动摩擦因数为μ2，则( ) A ．长木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mg B ．长木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m ＋M )g C ．当F >μ2(m ＋M )g 时，长木板便会开始运动 D ．无论怎样改变F 的大小，长木板都不可能运动 解析：木块受到的滑动摩擦力大小为μ1mg ，由牛顿第三定律，长木板受到m 对它的摩擦力大小也是μ1mg ，对长木板使用平衡条件得地面对长木板的静摩擦力为μ2mg ，A 正确．改变F 的大小，木块m 受到的滑动摩擦力不会发生变化，长木板受力不变，D 正确． 答案：AD 【练习1】有一质量M =4kg 的小车置于光滑水平桌面上，在小车上放一质量m =6kg 的物块，动摩擦因素μ=0.2，现对物块施加F =25N 的水平拉力，如图所示，求小车的加速度？（设车与物块之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力且g 取10m/s 2) 解析：对M 、m 分析可知，M 有最大加速度20/3s m M mg a ==μ，M 、m 共同运动的最大加速度为20/3s m a =，此时外力 ()N a M m F 3000=+=，故当F =25N 时，M 、m 相对静止不动，由整体法分析可知 2/5.2s m m M F a =+= 答案：2.5m/s 2 【练习2】如图所示，在光滑水平面上有一质量为m 1的足够长的木板，其上叠放一质量为m 2的木块．假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等．现给木块施加一随时间t 增大的水平力F ＝kt (k 是常数)，木板和木块加速度的大小分别为a 1和a 2.下列反映a 1和a 2变化的图线中正确的是（ ） 牛顿第二定律应用的问题 1. 力和运动的关系 力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。由知，加速度与力有直接关系，分析清楚了力，就知道了加速度，而速度与力没有直接关系。速度如何变化需分析加速度方向与速度方向之间的关系，加速度与速度同向时，速度增加；反之减小。在加速度为零时，速度有极值。 例1. 如图1所示，轻弹簧下端固定在水平面上。一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（） 图1 A. 小球刚接触弹簧瞬间速度最大 B. 从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上 C. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小 D. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大 例2. 一航天探测器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是（） A. 探测器加速运动时，沿直线向后喷气 B. 探测器加速运动时，竖直向下喷气 C. 探测器匀速运动时，竖直向下喷气 D. 探测器匀速运动时，不需要喷气 解析：小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。从接触弹簧到到达最低点，弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大。当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。故选CD。 解析：受力分析如图2所示，探测器沿直线加速运动时，所受合力方向 与运动方向相同，而重力方向竖直向下，由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方，由牛顿第三定律可知，喷气方向斜向下方；匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向竖直向下。故正确答案选C。 图2 深度剖析临界问题 （答题时间：30分钟） 1. （多选）如图所示，小车内有一质量为m的物块，一轻质弹簧两端与小车和物块相连，处于压缩状态且在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，形变量为x，物块和小车之间的动摩擦因数为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，运动过程中，物块和小车始终保持相对静止，则下列说法正确的是（） A. 若μmg小于kx，则小车的加速度方向一定向左 m mg kxμ - B. 若μmg小于kx，则小车的加速度最小值为a＝ m mg kxμ - ，且小车只能向左加速运动 C. 若μmg大于kx，则小车的加速度方向可以向左也可以向右 D. 若μmg大于kx，则小车的加速度最大值为 m mg kxμ + ，最小值为 m mg kxμ - 2.一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量m＝15 kg的重物，重物静止于地面上，有一质量m1＝10 kg的猴子，从绳子的另一端沿绳向上爬，如图所示，不计滑轮摩擦，在重物不离开地面的条件下，猴子向上爬的最大加速度为（g＝10 m/s2）（） A. 25 m/s2 B. 5 m/s2 C. 10 m/s2 D. 15 m/s2 3. （渭南检测）如图所示，有A、B两个楔形木块，质量均为m，靠在一起放于水平面上，它们的接触面的倾角为θ，现对木块A施一水平推力F，若不计一切摩擦，要使A、B一起运动而不发生相对滑动，求水平推力F的最大值。 4.（山东高考）如图所示，一质量m＝0.4 kg的小物块，以v0＝2 m/s的初速度，在与 斜面成某一夹角的拉力F作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经t＝2 s的时间物块由A 点运动到B点，A、B之间的距离L＝10 m.，已知斜面倾角θ＝30°，物块与斜面之间的 临界极值 1、如图所示，质量kg m 401=的物块A 放于光滑水平面上，另一质量kg m 102=的物 块B 放于A 的上表面上，B 的上表面水平。A 、B 间摩擦因数4.0=μ。 （1）当水平拉力F=40N 时，A 、B 的加速度多大？ （2）当F=100N 时，AB 的加速度又多大？（g 取2/10s m 3.一个质量为0.2 kg 的小球用细线吊在倾角θ=53°的斜面顶端，如图4，斜面静止时，球 紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10 m/s 2的加速度向右做加速运动时， 求绳的拉力及斜面对小球的弹力. T =22)()(mg ma +=2.83 N,N =0. 4. 如图所示，把长方体切成质量分别为m 和M 的两部分，切面与底面的夹角为θ，长方体置于光滑的水平面上。设切面是光滑的，要使m 和M 一起在水平面上滑动，作用在m 上的水平力F 满足什么条件？ 4.()tan m F m M g M θ≤+ 例1. 如图1所示，一细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块A 的顶端P 处，细线另一端拴一质量为m 的小球。当滑块以2g 加速度向左运动时，线中拉力T 等于多少？ 图 3 5.一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为m 的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图5所示。现让木板由静止开始以加速度a(a ＜g ）匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离. 5. ka a g m t )(2-=。 6.如图6所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体P 处于静止，P 的质量m=12kg ，弹簧的劲度系数k=300N/m 。现在给P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s 内F 是变力，在0.2s 以后F 是恒力，g=10m/s 2,则F 的最小值是 ，F 的最大值是 。 7.如图所示，木块A 、B 静止叠放在光滑水平面上，A 的质量为m ，B 的质量为2m 。现施加水平力F 拉B ，A 、B 刚好不发生相对滑动，一起沿水平面运动。若改为水平力F ′拉A ，使A 、B 也保持相对静止，一起沿水平面运动，则F ′不得超过（ ） A ．2F B ．F /2 C ．3F D ．F /3 8.A 、B 两木块叠放在竖直轻弹簧上，如图所示，已知木块A 、B 质量分别为0.42 kg 和0.40 kg ，弹簧的劲度系数k =100 N/m ，若在木块A 上作用一个竖直向上的力F ，使A 由静止开始以0.5 m/s 2的加速度竖直向上做匀加速运动（g =10 m/s 2） 求：使木块A 竖直做匀加速运动的过程中，力F 的最大值； 即F m =m A （g +a ）=4.41 N 图5 图 6 例1、一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为m 的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图7所示。现让木板由静止开始以加速度a(a ＜g ＝匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离。 例2、如图8所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体P 处于静 止，P 的质量m=12kg ，弹簧的劲度系数k=300N/m 。现在给P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静 止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s 内F 是变力，在0.2s 以后F 是恒力，g=10m/s 2 ,则F 的最小值是，F 的最大值是。 例3、一弹簧秤的秤盘质量m 1=1．5kg ，盘内放一质量为m 2=10．5kg 的物体P ，弹簧质量不计，其劲度系数为k=800N/m ，系统处于静止状态，如图9所示。现给P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0．2s 内F 是变化的，在0．2s 后是恒定的， 求F 的最大值和最小值各是多少？（g=10m/s 2 ） 例4、如图10，在光滑水平面上放着紧靠在一起的ＡＢ两物体，Ｂ的质量是Ａ的2倍，Ｂ受到向右的恒力ＦB =2N ，Ａ受到的水平力ＦA =(9-2t)N ，(t 的单位是s)。从t ＝0开始计时，则： A ．Ａ物体在3s 末时刻的加速度是初始时刻的5／11倍； B ．t ＞４s 后,Ｂ物体做匀加速直线运动； C ．t ＝4.5s 时,Ａ物体的速度为零； D ．t ＞4.5s 后,ＡＢ的加速度方向相反。 图7 图8 图 9 图10 例5、如图11所示，细线的一端固定于倾角为450 的光滑楔形滑块A 的顶端P 处，细线的另一端拴一质量为m 的小球。当滑块至少以加速度a=向左运动时，小球对滑块的压力等于零，当滑块以a=2g 的加速度向左运动时，线中拉力T=。 例6、如图所示，在小车的倾角为300 的光滑斜面上，用倔强系数k=500N/m 的弹簧连接一个质量为m=1kg 的物体，当小车以2 /3s m 的加速度运动时，m 与斜面保持相对静止，求弹簧伸长的长度？若使物体m 对斜面的无压力，小车加速度必须多大？若使弹簧保持原长，小车加速度大小、方向如何？ 专题五 牛顿运动定律的应用 ——临界和极值问题 一、概念 （1）临界问题：某种物理现象（或物理状态）刚好要发生或刚好不发生的转折状态。 （2）极值问题：在满足一定的条件下，某物理量出现极大值或极小值的情况。 二、关键词语 在动力学问题中出现的“最大”、“最小”、“刚好”、“恰能”等词语，一般都暗示了临界状态的出现，隐含了相应的临界条件。有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答这类问题一般用假设法。 三、常见类型 动力学中的常见临界问题主要有三类：一是弹力发生突变时接触物体间的脱离与不脱离的问题；二是绳子的绷紧与松弛问题；三是摩擦力发生突变的滑动与不滑动问题。 四、解题关键 解决此类问题的关键是对物体运动情况的正确描述，对临界状态的判断与分析，找出处于临界状态时存在的独特的物理关系，即临界条件。 常见的三类临界问题的临界条： 1、 相互接触的两个物体将脱离的临界条件是：相互作用的弹力为零。 2、 绳子松弛的临界条件是：绳子的拉力为零。 3、 存在静摩擦的系统，相对滑动与相对静止的临界条件是：静摩擦力达到最大值。 五、例题解析 【例题1】质量为0.2kg 的小球用细线吊在倾角为θ=60°的斜面体的顶端，斜面体静止时，小球紧靠在斜面上，线与斜面平行，如图所示，不计摩擦，求在下列三种情况下，细线对小球的拉力（取g =10 m/s 2） (1) 斜面体以23m/s 2的加速度向右加速运动； (2) 斜面体以43m/s 2，的加速度向右加速运动； 【例题2】如图所示，轻绳AB 与竖直方向的夹角θ=37°，绳BC 水平，小球质量m =0.4 kg ，取g =10m/s 2。试求： （1）小车以a 1=2.5m/s 2的加速度向右做匀加速运动时，绳AB 的张力是多少？ （2）小车以a 2=8m/s 2的加速度向右做匀加速运动时，绳AB 的张力是多少？ 高一物理动力学中的图象问题、临界问题牛顿运动定律的 适用范围典型例题解析 【例1】如图25－1所示，木块A、B静止叠放在光滑水平面上，A的质量为m，B的质量为2m．现施水平力F拉B，A、B刚好不发生相对滑动，一起沿水平面运动．若改用水平力F′拉A，使A、B也保持相对静止，一起沿水平面运动，则F′不得超过 [ ] A．2F B．F/2 C．3F D．F/3 解析：水平力F拉B时，A、B刚好不发生相对滑动，这实际上是将要滑动，但尚未滑动的一种临界状态，从而可知此时的A、B间的摩擦力即为最大静摩擦力．先用整体法考虑，对A、B整体：F＝(m＋2m)a： 再将A隔离可得A、B间最大静摩擦力：f m＝ma＝F/3； 若将F′作用在A上，隔离B可得：B能与A一起运动，而A、B不发生相对滑动的最大加速度：a′＝f m/2m；再用整体法考虑，对A、B整体：F′＝(m＋2m)a′＝F/2因而正确选项为B． 点拨：“刚好不发生相对滑动”是摩擦力发生突变(由静摩擦力突变为滑动摩擦力)的临界状态．由此求得的最大静摩擦力正是求解此题的突破口． 【例2】在光滑的水平面上，一个质量为0.2kg的物体在1.0N的水平力作用下由静止开始做匀加速直线运动，2.0s后将此力换为方向相反、大小仍为1.0N的力，再过2.0s将力的方向再换过来……，这样，物体受到的力的大小虽然不变，方向却每过2.0s变换一次，求经过半分钟物体的位移及半分钟末的速度分别为多大？ 解析：在最初2s内物体的加速度为a＝F/m＝1/0.2m/s2＝5m/s2，物体做初速度为零的匀加速直线运动，这2s内的位移为s＝at2/2＝1/2×5×22m＝10m 2s末物体的速度为v＝at＝5×2m/s＝10m/s 2s末力的方向改变了，但大小没变，加速度大小仍是5m/s2，但方向也改变了，物体做匀减速直线运动．到4s末，物体的速度为v t＝v0－at＝10m/s－5×2m/s＝0 故在第二个内的位移为＝＝＋·＝ 2s s vt(v v)/2t10m 20t 所以，物体在前4s内的位移为s1＋s2＝20m． 牛顿定律中的临界问题 （一）有关弹力的临界问题——明确弹力变化的特点 1.如图6所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体P处于静止，P的质量m=12kg，弹簧的劲度系数k=300N/m。现在给P施加一个竖直向上的力F，使P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s内F是变力，在0.2s以后F是恒力，g=10m/s2,则F的最小值是，F的最大值是。 F 图6 2.一弹簧秤的秤盘质量m1=1．5kg，盘内放一质量为m2=10．5kg的物体P，弹簧质量不计，其劲度系数为k=800N/m，系统处于静止状态，如图7所示。现给P施加一个竖直向上的力F，使P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0．2s内F是变化的，在0．2s后是恒定的，求F的最大值和最小值各是多少？（g=10m/s2） F 图7 3. 如图A－3所示，在斜面体上用平行于斜面的轻绳挂一小球，小球质量为m，斜面体倾角为 ，置于光滑水平面上 (g取10m/s2)，求： （1）当斜面体向右匀速直线运动时，轻绳拉力为多大； （2）当斜面体向左加速运动时，使小球对斜面体的压力为零时，斜面体加速度为多大？ （3）为使小球不相对斜面滑动，斜面体水平向右运动的加速度应不大于______． 4.如图6－13所示，车厢内光滑的墙壁上，用线拴住一个重球．车静止时，线的拉力为T，墙对球的支持力为N．车向右作加速运动时，线的拉力为T′，墙对球的支持力为N′，则这四个力的关系应为：T′ T；N′ N．（填>、<或＝）若墙对球的支持力为0，则物体的运动状态可能是或 5.一斜面体固定在水平放置的平板车上，斜面倾角为 ，质量为m的小球处于竖直挡板和斜面之间，当小车以加速度a向右加速度运动时，小球对斜面的压力和对竖直挡板的压力各是多少？（如下图所示） 6.如图所示，光滑的圆球恰好放存木块的圆弧槽内，它们的左边接触点为A，槽半径为R，且OA与水平面成α角.球的质量为m，木块的质量为M，M所处的平面是水平的，各种摩擦及绳、滑轮的质量都不计.则释放悬挂物P后，要使球和木块保持相对静止，P物的质量的最大值是多少?【12】 （二）有关斜面上摩擦力的临界问题——物体在斜面上滑动的条件 7.如图所示，物体A放存固定的斜面B上，在A上施加一个竖直向下的恒力F，下列说法中正确的有( ) (A)若A原来是静止的，则施加力F后，A仍保持静止 (B)若A原来是静止的，则施加力F后，A将加速下滑 (C)若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度不变 (D)若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度将增大 8.（09·北京·18）如图所示，将质量为m的滑块放在倾角为θ的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，则（） A．将滑块由静止释放，如果μ＞tanθ，滑块将下滑 B．给滑块沿斜面向下的初速度，如果μ＜tanθ，滑块将减速下滑 C．用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果μ=tanθ，拉力大小应是2mgsinθ D．用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果μ=tanθ，拉力大小应是mgsinθ （二）“牛顿第二定律”难题--压轴题2015.6.4 参考答案与试题解析 9．（2011?历城区校级模拟）在一个与水平面成α角的粗糙斜面上的A点放着一个物体，它系于一根不可伸长的细绳上，绳子的另一端B通过小孔C穿出底面，如图所示，开始时物体与C等高，当物体开始缓慢下滑时，适当的拉动绳端B，使物体在斜面上划过一个半圆到达C，则A和斜面之间的动摩擦因数μ为（） 其工作原理如图（a）所示，将压电陶瓷和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，它的直径略小于陶瓷和挡板间的距离．小车向右做直线运动过程中，电压流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（） 码m1和m2．在铁架上A处固定环状支架z，它的孔只能让m1通过．在m1上加一个槽码m，m1和m从O 点由静止释放向下做匀加速直线运动．当它们到达A时槽码m被支架z托住，m1继续下降．在下图中能正确表示m1运动速度v与时间t和位移x与时间t关系图象的是（） B 17．（2010?松江区二模）如图所示，足够长的水平传送带以速度v沿顺时针方向运动，传送带的右端与光滑曲面的底部平滑连接，曲面上的A点距离底部的高度为h=0.45m．一小物块从A点静止滑下，再滑上传送带，经过一段时间又返回曲面，g 2 25．（2014?河西区二模）物体A的质量M=1kg，静止在光滑水平面上的平板车B的质量为m=0.5kg、长L=1m．某时刻A以v0=4m/s向右的初速度滑上木板B的上表面，在A滑上B的同时，给B施加一个水平向右的拉力．忽略物体A的大小，已知A与B之间的动摩擦因数μ=0.2，取重力加速度g=10m/s2．试求： （1）若F=5N，物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离； （2）如果要使A不至于从B上滑落，拉力F大小应满足的条件． 值 2．中学阶段常见的临界问题归纳： 3．掌握临界问题的基本思路： ①仔细审题，认真分析研究对象所经历的物理过程，找到临界状态 ②找到重要物理量的变化规律，找出临界条件 ③根据临界条件列方程求解 【典型题例】 例1：有一质量M=4kg的小车置于光滑水平桌面上，在小车上放一质量m=6kg 的物块，动摩擦因素μ=0.2,现对物块施加F=25N的水平拉力,如图所示，求小车的加速度？（设车与物块之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力且g取10m/s2) 例2．托盘A托着质量为m的重物B，B 挂在劲度系数为k的弹簧下端，弹簧的上端悬挂于O点，开始时弹簧竖直且为原长，今让托盘A竖直向下做初速为零的匀加速运动，其加速度为a，求经过多长时间，A与B开始分离（a g）． 例3．如图，光滑斜面质量为M=8 kg，小球m=2kg，用细绳悬挂相对静止在斜面上，求： (1)用多大的水平力F推斜面时，绳中的张力为零? (2)用多大的水平力F推斜面时，小球对斜面的压力为零? 例4：如图所示，m=4kg的小球挂在小车后壁上，细线与竖直方向成37°角。求： （1）小车以a=g向右加速； （2）小车以a=g向右减速时，细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力F2各多大？ 牛顿第二定律专题（二）—临界问题与极值问题针对训练 一、选择题（第1到第4为单选题，第5到第8题为多选题） 1．如图在前进的车厢的竖直后壁上放一个物体，物体与后壁间的滑动摩擦系数为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．要使物体不下滑，车厢至少应以多大的加速度前进() A．g/μ B．gμ C．μ/g D．g 2．如图5所示，质量为M的木板，上 O B A 例2题 例1 牛顿第二定律专题（二）—临界问题与极值问题 1．临界问题和极值问题 涉及临界状态的问题叫临界问题。临界状态常指某种物理现象由量变到质变过渡到另一种物理现象的连接状态，常伴有极值问题出现。临界问题常伴有特征字眼出现，如“恰好”、“刚刚”等，找准临界条件与极值条件，是解决临界问题与极值问题的关键。 能处理力学中常见的三类临界问题的临界条件： （1）相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是：相互作用的弹力为零 （2）绳子松弛的临界条件是：绳中拉力为零 （3）存在静摩擦的连接系统，当系统外力大于最大静摩擦力时，物体间不一定有相对滑动，相对滑动与相对静止的临界条件是：静摩擦力达最大值 2．掌握临界问题的基本思路： ①仔细审题，认真分析研究对象所经历的物理过程，找到临界状态 ②找到重要物理量的变化规律，找出临界条件 ③根据临界条件列方程求解 例1：有一质量M=4kg的小车置于光滑水平桌面上，在小车上放一质量m=6kg的物块，动摩擦因素μ=0.2,现对物块施加F=25N的水平拉力,如图所示，求小车的加速度？（设车与物块之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力且g取10m/s2) 例1 例2．如图，光滑斜面质量为M=8 kg ，小球m=2kg ，用细绳悬挂相对静止在斜面上，求： (1)用多大的水平力F 推斜面时，绳中的张力为零? (2)用多大的水平力F 推斜面时，小球对斜面的压力为零? 例3：如图所示， m =4kg 的小球挂在小车后壁上，细线与竖直方向成37°角。求： （1）小车以a=g 向右加速； （2）小车以a=g 向右减速时，细线对小球的拉力F 1和后壁对小球的压力F 2各多大？ 例4．托盘A 托着质量为m 的重物B ，B 挂在劲度系数为k 的弹簧下端，弹簧的上端悬挂于O 点，开始时弹簧竖直且为原长，今让托盘A 竖直向下做初速为零的匀加速运动，其加速度为a ，求经过多长时间，A 与B 开始分离（a g ）． 例2题图 例4 2021届高考物理核心知识点拨与典例剖析：牛顿定律中的临界问题 ★举一反三★ 【例1】如图所示，质量为m 的木块在质量为M 的长木板上向右滑行，木块受到向右的拉力F 的作用，长木板处于静止状态，已知木块与长木板间的动摩擦因数为μ1，长木板与地面间的动摩擦因数为μ2，则( ) A ．长木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mg B ．长木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m ＋M )g C ．当F >μ2(m ＋M )g 时，长木板便会开始运动 D ．无论怎样改变F 的大小，长木板都不可能运动 解析：木块受到的滑动摩擦力大小为μ1mg ，由牛顿第三定律，长木板受到m 对它的摩擦力大小也是μ1mg ，对长木板使用平衡条件得地面对长木板的静摩擦力为μ2mg ，A 正确．改变F 的大小，木块m 受到的滑动摩擦力不会发生变化，长木板受力不变，D 正确． 答案：AD 【练习1】有一质量M =4kg 的小车置于光滑水平桌面上，在小车上放一质量m =6kg 的物块，动摩擦因素μ=0.2，现对物块施加F =25N 的水平拉力，如图所示，求小车的加速度？（设车与物块之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力且g 取10m/s 2) 解析：对M 、m 分析可知，M 有最大加速度20/3s m M mg a ==μ，M 、m 共同运动的最大加速度为20/3s m a =，此时外力 ()N a M m F 3000=+=，故当F =25N 时，M 、m 相对静止不动，由整体法分析可知2/5.2s m m M F a =+= 答案：2.5m/s 2 【练习2】如图所示，在光滑水平面上有一质量为m 1的足够长的木板，其上叠放一质量为m 2的木块．假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等．现给木块施加一随时间t 增大的水 牛顿定律的应用之一临界问题 欧阳家百（2021.03.07） （一）临界问题 1．临界状态：在物体的运动状态变化的过程中，相关的一些物理量也随之发生变化。当物体的运动 变化到某个特定状态时，有关的物理量将发生突变，该物理量的值叫临界值，这个特定状态称之为临界 状态。临界状态是发生量变和质变的转折点。 2．关键词语：在动力学问题中出现的“最大”、“最小”、“刚好”、恰能”等词语，一般都暗示了临界状态的出现，隐含了相应的临界条件。 3．解题关键：解决此类问题的关键是对物体运动情况的正确描述，对临界状态的判断与分析。 4．常见类型：动力学中的常见临界问题主要有两类：一是弹力发生突变时接触物体间的脱离与不脱离、绳子的绷紧与松弛问题；一是摩擦力发生突变的滑动与不滑动问题。 （二）、解决临界值问题的两种基本方法 1．以物理定理规律为依据，首先找出所研究问题的一般规律和一般解，然后分析和讨论其特殊规 律和特殊解。 2．直接分析、讨论临界状态和相应的临界值，找出相应的物理规律和物理值 1、如图所示，在光滑的水平面上放着紧靠在一起的A、B两物体，B的质量是A的2倍，B受到向右的恒力FB＝2 N，A受到的水平力FA＝(9－2t) N (t的单位是s)．从t＝0开始计时，则()A．A物体在3 s末 时刻的加速度是初始时刻的倍B．t＞4 s后，B物体做匀加速 直线运动C．t＝4.5 s时，A物体的速度为零D．t＞4.5 s后，A、 B的加速度方向相反 2、一个弹簧秤放在水平地面上,Q为与轻弹簧上端连在一起的秤盘，P为重物，已知P的 质量M ="10.5" kg,Q的质量 m ="1.5" kg,弹簧的质量不计,劲度系数 k ="800" N/m,系统处于 静止.如图所示,现给P施加一个方向竖直向上的力F,使它从静止开始向上做匀加速运动, 已知在前0.2 s内,F为变力,0.2 s 以后,F为恒力.求力F的最大值与最小值.(取g ="10" m/s2) 3、如图所示，一细线的一端固定于倾角为45°的光滑斜面体的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球。求： （1）当斜面体至少以多大的加速度向左运动时，小球对斜面 的压力为零？ （2）当斜面体以a=2g的加速度向左运动时，线中拉力为多 大？ 4、一根劲度系数为k、质量不计的轻弹簧，上端固定，下端系一质量为m的物体，有一水平板将物体托住，并使弹簧处于自然长度，如图所示。现让木板由静止开始以加速度a(a＜g)匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离。 牛顿第二定律 瞬间问题 1．如图所示，一木块在光滑水平面上受一恒力F作用而运动，前方固定一个弹簧，当木块接触弹簧后( ) A．将立即做变减速运动 B．将立即做匀减速运动 C．在一段时间内仍然做加速运动，速度继续增大 D．在弹簧处于最大压缩量时，物体的加速度为零 解析：因为水平面光滑，物块与弹簧接触前，在推力的作用下做加速运动，与弹簧接触后，随着压缩量的增加，弹簧弹力不断变大，弹力小于推力时，物体继续加速，弹力等于推力时，物体的加速度减为零，速度达到最大，弹力大于推力后，物体减速，当压缩量最大时，物块静止． 答案：C 2．(2017届浏阳一中月考)搬运工人沿粗糙斜面把一个物体拉上卡车，当力沿斜面向上，大小为F时，物体的加速度为a1；若保持力的方向不变，大小变为2F时，物体的加速度为a 2 ，则( ) A．a1＝a2B．a1＜a2＜2a1 C．a2＝2a1D．a2＞2a1 解析：当力沿斜面向上，大小为F时，物体的加速度为a1，则F－mg sinθ－μmg cos θ＝ma1；保持力的方向不变，大小变为2F时，物体的加速度为a2,2F－mg sinθ－μmg cos θ＝ma2；可见a2＞2a1；综上本题选D. 答案：D 3．(2017届天津一中月考)如图所示，A、B、C三球质量均为m，轻质弹簧一端固定在斜面顶端、另一端与A球相连，A、B间固定一个轻杆，B、C间由一轻质细线连接．倾角为θ的光滑斜面固定在地面上，弹簧、轻杆与细线均平行于斜面，初始系统处于静止状态，细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是( ) A．A球的受力情况未变，加速度为零 B．C球的加速度沿斜面向下，大小为g C．A、B之间杆的拉力大小为2mg sinθ D．A、B两个小球的加速度均沿斜面向上，大小均为 1 2 g sinθ 解析：细线被烧断的瞬间，以A、B整体为研究对象，弹簧弹力不变，细线拉力突变为0，合力不为0，加速度不为0，故A错误；对球C，由牛顿第二定律得：mg sinθ＝ma，解得：a＝g sinθ，方向向下，故B错误；以A、B、C组成的系统为研究对象，烧断细线前，A、B、C静止，处于平衡状态，合力为零，弹簧的弹力f＝3mg sinθ，烧断细线的瞬间，由于弹簧弹力不能突变，弹簧弹力不变，以A、B为研究对象，由牛顿第二定律得：3mg sinθ－2mg sinθ＝2ma，则B的加速度a＝ 1 2 g sinθ，故D正确；由D可知，B的加速度为a＝ 1 2 g sin θ，以B为研究对象，由牛顿第二定律得T－mg sinθ＝ma.解得：T＝ 3 2 mg sinθ，故C错误；故选D. 答案：D 9．如图所示，质量分别为m、2m的两物块A、B中间用轻弹簧相连，A、B与水平面间的动摩擦因数均为μ，在水平推力F作用下，A、B一起向右做加速度大小为a的匀加速直线运动。当突然撤去推力F的瞬间，A、B两物块的加速度大小分别为( ) A．aA＝2a＋3μg B．aA＝2(a＋μg) C．aB＝a D．aB＝a＋μg 牛顿运动定律经典题目 1.如图所示，质量为M的木板上放着一质量为m的木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与水平地面间的动摩擦因数为μ2，加在小板上的力F为多大，才能将木板从木块下抽出? 2.如图所示，小车上放着由轻弹簧连接的质量为mA＝1kg，mB＝0.5kg的A、B两物体，两物体与小车间的最大静摩擦力分别为4N和1N，弹簧的劲度系数k＝0.2N/cm 。 ①为保证两物体随车一起向右加速运动，弹簧的最大伸长是多少厘米？ ②为使两物体随车一起向右以最大的加速度向右加速运动，弹簧的 伸长是多少厘米？ 3.一个质量为0.2 kg的小球用细线吊在倾角θ=53°的斜面顶端，如图4，斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10 m/s2的加速度向右做加速运动时，求绳的拉力及斜面对小球的弹力. 图3 4. 如图所示，把长方体切成质量分别为m和M的两部分，切面与底面的夹角为θ，长方体置于光滑的水平面上。设切面是光滑的，要使m和M一起在水平面上滑动，作用在m上的水平力F满足什么条件？ 5.一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为m 的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图5所示。现让木板由静止开始以加速度a(a ＜g ）匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离。 6.如图6所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体P 处于静止，P 的质量m=12kg ，弹簧的劲度系数k=300N/m 。现在给P 施加一个竖直向上的 力F ，使P 从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s 内F 是变力，在 0.2s 以后F 是恒力，g=10m/s 2,则F 的最小值是 ，F 的最大值 是 。 7.一弹簧秤的秤盘质量m 1=1．5kg ，盘内放一质量为m 2=10．5kg 的物体P ，弹簧质量不计，其劲度系数为k=800N/m ，系统处于静止状态，如图7所示。现给P 施加一个竖 直向上的力F ，使P 从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0．2s 内F 是变化的，在0．2s 后是恒定的，求F 的最大值和最小值各是多少？（g=10m/s 2） 8.一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一边与桌的AB 边重合，如图所示.已知盘与桌布间的动摩擦因数为 μ1，盘与桌面间的动摩擦因数为 μ2.现突然以恒定加速度a 将桌布抽离桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB 边.若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a 满足的条件是什么？(以g 表示重力加速度) 图5 图6 图7牛顿运动定律的临界问题
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