高中物理中的滑块问题(含解析)(可编辑修改word版)
M m
高中物理中的滑块问题
1.(2010 淮阴中学卷)如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v1和v2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是( BD )
A.若F1=F2,M1>M2,则v1>v2
F1
B.若F1=F2,M1<M2,则v1>v2
C.若F1>F2,M1=M2,则v1>v2
D.若F1<F2,M1=M2,则v1>v2
2.如图所示,长 2m,质量为 1kg 的木板静止在光滑水平面上,一木块质量也为 1kg (可视为质点),与木板之间的动摩擦因数为 0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落,则木块初速度的最大值为(
D )
A.1m/s B.2 m/s
C.3 m/s D.4 m/s
3.如图所示,小木块质量 m=1kg,长木桉质量 M=10kg,木板与地面以及木块间的动摩擦因数均为μ=0.5.当木板从静止开始受水平向右的恒力F=90 N 作用时,木块以初速v0=4 m/s 向左滑上木板的右端.则为使木块不滑离木板,木板的长度l 至少要多长?
a =F -m g-(M +m)g
= 3m / s 2s =
1
a t 2=
1
? 3t 2
1 M 1
2 1 2
a =g= 5m / s 2s =v t -1
a t 2= 4t - 2.5t 2
2 2 0 2 2
由-v
0 +a
2
t =a
1
t 解得t = 2s
板长:l =s1+s2= 4m
4.如图所示,质量 M=1.0kg 的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量
m=1.0kg 的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数=0.20.现用水平横力F=6.0N 向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过 t=1.0s 撤去力 F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求:
(1)撤去力F 时小滑块和长木板的速度个是多大;F (2)运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多
大?
F2
1
1
1
(1).对滑和木板分别利用牛顿第二定律和运动学公式
a = g = 2m / s 2 a = F - mg = 4m / s 2 2
M v 1 = a 1t 1 v 2 = a 2t 1 = 2m / s = 4m / s
(2).最大位移就是在滑块和木板相对静止时 1s 后.没有拉力.只有相互间的摩擦力滑块加速度大小均为α=2m/s 2
(方向相反)
v 1+αt 2=v 2-αt 2 代入数据 2+2t 2=4-2t 2 解得 t 2=0.5s 此时 2 个的速度都是
v=3m/s
木块和木板的位移分别为
s = v 1
? t 1
2 1 + v 1 + v ? t 2 2
= 2.25m
s = v 2
? t 2
2 1
+ v 2 + v ? t 2 2
= 3.75m
?s = s 2 - s 1 = 1.5m
5.(2010 龙岩二中卷)如图所示,一质量 M =2.0kg 的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量 m =1.0kg 可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为 μ=0.2.用恒力 F 向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过 t =1.0s 后撤去该恒力, 此时小物块恰好运动到距木板右端 l =1.0m 处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来. 求:
(1) 小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向; (2) 作用于木板的恒力 F 的大小;
(3) 木板的长度至少是多少?
解:(1)小物块受力分析如图所示,设它受到的摩擦力大小为 f
f = N 1
N 1 - mg = 0
f=0.2×1.0×10N=2N
方向水平向右
(2) 设小物块的加速度为 a 1,木板在恒力 F 作用下做匀加速直线运动时的加速度为 a 2,
此过程中小物块的位移为 s 1,木板的位移为 s 2 则有: f = ma 1
a = 2.0m/s 2
s = 1
a t 2 s = 1 a t 2 s - s = l
1
2 1
2
2 2
2
1
l = 1 (a 2 2
- a ) t 2 代入数值得:a 2
= 4.0m/s 2
对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f ’=Ma 2, 则 F=f ’+Ma 2, 代入数值得出 F =10N 。
=
(3) 设撤去 F 时小物块和木板的速度分别为 v 1 和 v 2,撤去 F 后,木板与小物块组成的
系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度 V 共
v 1 = a 1t = 2.0m/s v 2 = a 2t = 4.0m/s
根据动量守恒定律得: mv 1+Mv 2=(m+M ) V 共
V = 1.0 ? 2 + 2.0 ? 4.0 m/s = 10 m/s
共
1.0 +
2.0 3
对小物块:根据动能定理: fs = 1 mV 2 - 1 mv 2
2 共 2 1
对木板:根据动能定理: - f (s + l ') = 1 MV 2 - 1
Mv 2
2 共
2 2
代入数据: l ' = 2
m
3
所以木板的长度至少为 L =l +l '= 5
m≈1.7m )
3
6. 如图所示,一辆 M=8kg,长 L=2m 的平板小车静止在水平地面上,小车的左端放置一物块 (可视为质点)。已知小车高度 h=0.80 m 。物块的质量 m=1.0kg ,它与小车平板间的动摩擦因数μ=0.20。现用 F=26 N 水平向左的恒力拉小车,经过一段时间后,物块与小车分离。不计小车与地面间的摩擦。取 g=10m/s 2,求:
(1) 物块与小车分离前,小车向左运动的最大距离; (2)当物块落地时,物块与小车右端的水平距离。 答案:(1)6.0m (2)1.06 m 。 解:(1) a 1 = g = 2m / s ①
2
a =
F - m g
= 3m / s 2 ②
2
M
v 2
= a 2 = 3 ③
v 1 a 1 2
v 2 s =
1
④
1
2a
v 2
s =
2
⑤
2 2a
2
L = s 2 - s 1
⑥
利用①~⑥并代入数据解得 s 2=6m
(2) (2)
'
F = 26
m / s 2 ⑦
2
M
8 1 a
1 ' 2
t 2 =
= 0.4s ⑧
s ' = v t + 1 a ' t 2
= 2.66m ⑨
2 2 2
2 2 2
1 = v 1t
2 = 1.6m
⑩
' - s 1 = 1.06m
7. 如图所示,水平地面上一个质量 M=4.0kg 、长度 L=2.0m 的木板,在 F=8.0 N 的水平拉
力作用下,以 v 0=2.0m/s 的速度向右做匀速直线运动。某时刻将质量 m=1.0 kg 的物块(物块可视为质点)轻放在木板最右端。
(1) 若物块与木板间无摩擦,求物块离开木板所需的时间;
(2)若物块与木板间有摩擦,且物块与木板间 的动摩擦因数和木板与地面间的动摩擦因数相等, 求将物块放在木板上后,经过多长时间木板停止运动。(结果保留二位有效数字) 答案:(1)1.2s(2)4.0 s
解(1) F =
M g
= F Mg
= 0.2 a = F - (M + m )g M
= -0.5m / s 2
L = v t + 1 at 2
0 2
代入数据得:t≈1.2s
2
F - (2m + M )g 2
(2) a 1 = g = 2m / s a 2 = M 2 = -1m / s
4
共速时v = a 1t 1 = v 0 + a 2t 1
解得t 1 = 3 s F - (m + M ) v = m 3 2
接着一起做匀减速直线运动 a ' = a = M
v 8
= -0.5m / s
直到速度为零,停止运动, t 2 = a ' = 3
s
10
总时间t = t 1 + t 2 = 3
s
8.(2010 长沙市一中卷)如图所示,质量 M = 1kg 的 木板静止在粗糙的水平地面上,木板与地面间的动摩擦
5 因数 μ1=0.1,在木板的左端放置一个质量 m =1kg 、大小 可以忽略的铁块,铁块与木板间的动摩擦因数 μ2=0.4, 2 取 g =10m/s 2
,试求:
1 (1) 若木板长 L =1m ,在铁块上加一个水平向右的恒力
F =8N ,经过多长时间铁块运动到木板的右端?
(2) 若在铁块上的右端施加一个大小从零开始连续增加的水平向左的力 F ,通过分析和计
2h
g
f 2/N
2 4 6 8 10 12 14 F/s s
算后,请在图中画出铁块受到木板的摩擦力 f 2 随拉力 F 大小变化的图像。(设木板足够长)
解析:(1)木块的加速度大小
铁块的加速度大小 a =
F -
2 mg =4m/s 2
1
m
a = 2 mg - 1 (M + m )g = 2m/s 2
2
M
设经过时间 t 铁块运动到木板的右端,则有
1
a t 2 - 1
a t 2 = L 2 1 2 2
解得:t =1s
(2)①当 F ≤ μ1(mg +Mg )=2N 时,A 、B 相对静止且对地静止,f 2=F ②设 F =F 1 时,A 、B 恰保持相对静止,此时系统的加速度
a = a 2 = 2m/s 2
5 以系统为研究对象,根据牛顿第二定律有
F 1 - 1(M + m )g = (M + m )a
2 解得:F 1=6N
1 所以,当 2N 速运动,其加速度 a = F - 1 (M + m )g = F -1, M + m 2 以 M 为研究对象,根据牛顿第二定律有 f 2 - 1(M + m ) g = Ma , F 解得: f 2 = 2 +1 ③当 F >6N ,A 、B 发生相对运动, f 2 = 2mg =4N 画出 f 2 随拉力 F 大小变化的图像如右 f 2 /N 2 4 6 8 10 12 14 F/3 , 9. 如图所示,质量 m 1=0.3 kg 的小车静止在光滑的水平 面上,车长 L=15 m,现有质量 m 2=0.2 kg 可视为质点的物块以, 水平向右的速度 v 0=2 m/s 从左端滑上小车,最后在车面上某 处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数 =0.5,取 g=10 m/s 2 求 (1) 物块在车面上滑行的时间 t; (2) 要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度 v′0 不超过多少。 (1)0.24s (2)5m/s 【解析】本题考查摩擦拖动类的动量和能量问题。涉及动量守恒定律、动量定理和功能关系这些物理规律的运用。 (1) 设物块与小车的共同速度为 v ,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律有 m 2v 0 = (m 1 + m 2 )v ① 设物块与车面间的滑动摩擦力为 F ,对物块应用动量定理有 - Ft = m 2v - m 2v 0 ② 其中 F = m 2 g ③ 解得 t = ( m 1v 0 ) m 1 + m 2 g 代入数据得 t = 0.24 s ④ (2) 要使物块恰好不从车厢滑出,须物块到车面右端时与小车有共同的速度 v ′,则 m 2v 0 ' = (m 1 + m )2 v ' ⑤ 由功能关系有 1 m v '2 = 1 (m + m )v '2 + m gL ⑥ 2 2 0 2 1 2 2 代入数据解得 =5m/s 故要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车的速度 v 0′不能超过 5m/s 。 10. 如图(a)所示,光滑水平面上停放着一辆上表面粗糙的平板车,质量为 M,一质量为 m 的铁块以水平初速度v 0滑到小车上,两物体开始运动,它们的速度随时间变化的图象如图(b ) 所示(t 0是滑块在车上运动的时间),则可以断定 ( ) A. 铁块与小车最终滑离 B. 铁块与小车的质量之比 m:M=1:1 C. 铁块与小车表面的动摩擦因数μ= D. 平板车上表面的长度为 5v 0t o 6 v 0 3gt 0 答案 ABC 11. 如图所示,右端带有竖直挡板的木板 B ,质量为 M , 长L =1.0m ,静止在光滑水平面上.一个质量为m 的小木块(可 视为质点)A ,以水平速度v 0 = 4.0m / s 滑上 B 的左端,而后与其右端挡板碰撞,最后恰好滑到木板 B 的左端.已知 M =3m ,并设 A 与挡板碰撞时无机械能损失,碰撞时间可忽略(g 取10m / s 2 ).求: (1) A 、B 最后的速度; (2) 木块 A 与木板 B 间的动摩擦因数. 【答案】(1)1m/s ;(2) 0.3 解析:(1)A 、B 最后速度相等,由动量守恒可得 ( M + m )v = mv 0 解得v = v 0 = 1m / s 4 (2)由动能定理对全过程列能量守恒方程 mg ? 2 L = 1 mv 2 - 1 ( M + m )v 2 解得 = 0.3 2 0 2 12. 如图所示,一质量为 M 、长为 l 的长方形木板 B 放在光滑的水平地面上,在其右端放一质量为 m 的小木块 A , m (1) 若已知 A 和 B 的初速度大小为 v 0,求它们最后的 速度的大小和方向; (2) 若初速度的大小未知,求小木块 A 向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离. M - m 【答案】(1) M + m v 0 ,方向向右;(2) M + m l 4M 解析:(1)A 刚好没有滑离 B 板,表示当 A 滑到 B 板的最左端时,A 、B 具有相同的速 度.设此速度为 v ,A 和 B 的初速度的大小为 v 0,由动量守恒可得 Mv - mv = (M + m )v M - m 解得v = v ,方向向右 ① 0 0 M + m 0 (2)A 在 B 板的右端时初速度向左,而到达 B 板左端时的末速度向右,可见 A 在运动过程中必经历向左作减速运动直到速度为零,再向右作加速运动直到速度为 v 的两个阶段.设 l 1 为 A 开始运动到速度变为零过程中向左运动的路程,l 2 为 A 从速度为零增加 v 0 v 0 1+ 16m M C 5 到速度为 v 的过程中向右运动的路程,L 为 A 从开始运动到刚到达 B 的最左端的过程中 B 运动的路程,如图所示.设 A 与 B 之间的滑动摩擦力为 f ,根据动能定理, 对 B ,有 fL = 1 Mv 2 - 1 Mv 2 ② 2 0 2 对 A ,有 fl = 1 mv 2 ③ fl 2 1 2 = 1 mv 2 ④ 2 由几何关系 L +(l 1-l 2)=l ⑤ M + m 由①②③④⑤式解得l 1 = 4M l ⑥ 13. 一块质量为 M 长为 L 的长木板,静止在光滑水平桌面上,一个质量为 m 的小滑块以 水平速度 v 0 从长木板的一端开始在木板上滑动,直到离开木板,滑块刚离开木板时的速 v 0 度为 .若把此木板固定在水平桌面上,其他条件相 同.求: (1) 求滑块离开木板时的速度 v ; (2) 若已知滑块和木板之间的动摩擦因数为 μ,求木板的长度. 【答案】(1) v 0 v 2 ;(2) 0 (12 - 8m ) 5 25g M 解析:(1)设长木板的长度为 l ,长木板不固定时,对 M 、m 组成的系统,由动量守恒 定律,得 mv = m v 0 + Mv ' ① 0 5 由能量守恒定律,得mgl = 1 mv 2 - 1 v 0 2 - 1 Mv '2 ② m ( ) 2 2 5 2 当长木板固定时,对 m ,根据动能定理,有 -mgl = 1 mv 2 - 1 mv 2 ③ 2 2 0 联立①②③解得v = v 2 (2)由①②两式解得l = 0 (12 - 8m ) 25g M 14. 如图所示,光滑水平地面上停着一辆平板车,其质量为 2m ,长为 L ,车右端(A 点) 有一块静止的质量为 m 的小金属块.金属块与车间有摩擦,与中点 C 为界,AC 段与 CB 段摩 擦因数不同.现给车施加一个向右的水平恒力,使车 向右运动,同时金属块在车上开始滑动,当金属块滑 B A 到中点 C 时,即撤去这个力.已知撤去力的瞬间, F 金属块的速度为 v 0,车的速度为 2v 0,最后金属块恰 停在车的左端(B 点)如果金属块与车的 AC 段间的动 L 摩擦因数为 μ1,与 CB 段间的动摩擦因数为 μ2,求 μ1 与 μ2 的比值. v 0 1+ 16m 5 M M m 【答案】 1 = 3 2 2 解析:设水平恒力 F 作用时间为 t 1. 对金属块使用动量定理 F f t 1=mv 0-0 即 μ1mgt 1=mv 0,得 t 1= 对小车有(F -F f )t 1=2m ×2v 0-0,得恒力 F =5μ1mg v 0 1 g F f 金属块由 A →C 过程中做匀加速运动,加速度 a = = 1mg = g 小车加速度a = F - F f m m 1 = 51mg - 1mg = 2g 2 2m 2m 1 金属块与小车位移之差 s = 1 a t 2 - 1 a t 2 = 1 (2g - g )( v 0 )2 而s = L ,所以, = v 2 2 2 1 2 1 1 2 1 g 2 1 gL 从小金属块滑至车中点 C 开始到小金属块停在车的左端的过程中,系统外力为零,动量 5 守恒,设共同速度为 v ,由 2m ×2v 0+mv 0= (2m +m )v ,得 v = v 0 3 L 1 2 1 2 1 5 2 2v 2 由能量守恒有mg = mv 0 + ? 2m ?(2v 0 ) - ? 3m ?( v 0 ) ,得 = 0 所以, 1 = 3 2 2 2 2 3 2 3gL 2 2 15. 如图所示,质量为 m =5kg 的长木板放在水平地面上,在木板的最右端放一质量也为 m =5kg 的物块 A .木板与地面间的动摩擦因数 μ1=0.3,物块与木板间的动摩擦因数 μ2=0.2.现用一水平力 F =60N 作用在木板上,使木板由静止开始匀加速运动,经过 t =1s , 撤 去拉力.设物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.(g 取 10m/s 2 )求: (1) 拉力撤去时,木板的速度大小. (2) 要使物块不从木板上掉下,木板的长度至少多大. (3) 在满足(2)的条件下,物块最终将停在距板右端多远处. 【答案】(1)4m/s ;(2)1.2m ;(3)0.48m 解析:(1)若在时间 t =1s 内,物块与长木板一起运动,加速度为 a ,则 F - 2 1mg = 2ma ① 物块受合外力 f = ma > 2mg ② 说明物块在长木板上发生了相对滑动. 设撤去 F 时,长木板的速度为 v 1,滑块速度为 v 2,由动量定理可知, 对物块,有 2mgt = mv 2 ③ 对系统,有(F - 21mg )t = mv 1 + mv 2 ④ 代入数据解得 v 1=4m/s ,v 2=2m/s 拉力撤去时,长木板的速度大小为 4m/s . 1 1 1 A v 0 B s (2) 设撤去拉力后,经时间 t 1,两者获得共同速度为 v ,由动量定理可知, 对物块,有 2mgt 1 = mv - m v 2 ⑤ 对长木板,有-22mgt 1 - 1mgt 1 = mv - mv 1 ⑥ 将 v 1 和 v 2 的数值代入解得 t 1=0.2s ,v =2.4m/s 在 t =1s 内,物块相对于长木板的位移 s 1=(v 1-v 2)t /2=1m ⑦ 在 t 1=0.2s 内,物块相对于长木板的位移 s 2=(v 1-v 2)t 1/2=0.2m ⑧ 木板的长度最小值为 L =s 1+s 2=1.2m (3) 滑块与木板有了共同速度后,在摩擦力作用下均做减速运动,物块相对于木板向 右运动,木板和物块先后停下,设木板位移为 x 1,物块位移为 x 2,由动能定理,得 (2mg - 21mg )x 1 = 0 - 1 mv 2 ⑨ 2 -2mgx 2 = 0 - 1 mv 2 ⑩ 2 这段时间内物块相对于木板的位移 s 3=x 2-x 1 =0.72m . 物块最终离板右端的距离 d =s 1+s 2-s 3 =0.48m 16. 一质量 M =2kg 的长木板 B 静止在光滑的水平面上,B 的右端与竖直挡板的距离为s =0.5m.一个质量为 m =1kg 的小物体 A 以初速度 v 0=6m/s 从 B 的左端水平滑上 B ,当 B 与竖直挡板每次碰撞时,A 都没有到达 B 的右端.设定物体 A 可视为质点,A 、B 间的动摩擦因数 μ=0.2,B 与竖直挡板碰撞时间极短且碰撞过程中无机械能损失, g 取 10m/s 2 .求: (1)B 与竖直挡板第一次碰撞前的瞬间,A 、B 的速度值各是多少? (2)最后要使 A 不从 B 上滑下,木板 B 的长度至少是多少?(最后结果保留三位有效数字) 【答案】(1)v A =4m/s ,v B =1m/s ;(2)8.96m 解析:(1)设 A 、B 达到共同速度为 v 1 时,B 向右运动距离为 S 1 由动量守恒定律有 mv 0 = (M + m )v 1 由动能定理有 mgs = 1 Mv 2 联立解得 s =2m 1 2 1 1 由于 s =0.5m<2m ,可知 B 与挡板碰撞时,A 、B 还未达到共同速度.设 B 与挡板碰撞前瞬间 A 的速度为 v A ,B 的速度为 v B ,则 由动量守恒定律有 mv 0 = mv A + Mv B 由动能定理有 mgs = 1 Mv 2 联立解得 v =4m/s ,v =1m/s 2 B (2)B 与挡板第一次碰后向左减速运动,当 B 速度减为零时,B 向左运动的距离设为 s B , 由动能定理有mgs = 1 Mv 2 由上式解得 s =0.5m B 2 B B 在 A 的作用下 B 再次反向向右运动,设当 A 、B 向右运动达到共同速度 v 2 时 B 向右运动距离为 s 2,由动量守恒定律有 mv A - Mv B = (M + m )v 2 B A B A M m B m A M B 2 2 1 由动能定理有 mgs = 1 Mv 2 解得v = m/s , s = 2 m < s 2 2 2 2 2 3 2 9 B 故 A 、B 以共同速度 m/s 向右运动,B 第二次与挡板碰撞后,以原速率反弹向左运动. 3 此后由于系统的总动量向左,故最后 A 、B 将以共同速度 v 3 向左匀速运动. 由动量守恒定律有(M -m )v 2=(M +m )v 3 解得v 3 = 9 m/s 设 A 在 B 上运动的总量程为 L (即木板 B 的最小长度),由系统功能关系得 mgL = 1 mv 2 - 1 (M + m )v 2 代入数据解得 L =8.96m 2 0 2 3 17. 如图所示,一长为 L =4m ,质量 M =0.5㎏的木板 AB ,正以 v =4m/s 的速度(相对地) 在光滑水平面上向右运动,此时在木板 AB 上表面 B 端处,小物块 m =2㎏受水平向左的拉力 F =6N 作用,从初速为零(相对地)开始运动,已知 m 与 M 间的动摩擦因数μ=0.1,g =10m/s 2 .试求: ⑴ 小从物块m 开始运动, 经过多长的时间木板速度减小为零? F m v ⑵ 小物块 m 从木板 B 端运动到 A 端的过程中,木板在地面上的位移大小是多少? 解 1:⑴ 设 m 和的加速度分别为 a 1 和 a 2,根据牛顿第二定律有: a = F - mg = 6 - 0.1? 2 ?10 m/s 2=2.0m/s 2 方向向左 1 m 2 a = mg = 0.1? 2 ?10 m/s 2=4.0m/s 2 方向向左 2 M 0.5 《M 》 v = a 2t 1 t 1 = 1s ⑵ 设小物块 m 从木板 B 端运动到 A 端的过程中所用时间为 t 2,取向左为正方向 小物块 m 的位移:s 1= 1 a 2t 2 2 木板 M 的位移:s 2=-vt 2 + 1 a 1t 2 2 2 2 由几何关系可得: s 1-s 2 = 1 a 2t 2 2-(-vt 2 + 1 a 1t 2 2)= 4t 2-t 2 2= L 2 2 ? t 2= 2.0s F m v 木板在地面上的位移: s 2 =-4t 2 +2 t 2 2= 0 解 2:过程 1:对 m : a = F - mg =2.0m/s 2 向左加速 m 对 M : a 2 = μm g/M = 4m/s 2 向左减速 当 M 速度减为零时,经过时间 t = v /a 2 = 1s 此时 s 2’ a 1 s 1 s 1’ a 2 s 2 对 m : v 1 = a 1t = 2m/s 向左 s 1 = 1 a t 2 = 1m 向左 对 M : s 2 = v ? t 2 2 1 = 2m 向右 此后(过程 2) a 1 ′= a 1 = 2m/s 2 向左加速 s 1 ′= v 1t ′+ 1 a t '2 向左 2 1 a 2′= a 2 = 4m/s 2 向左加速 s ' = 1 a t '2 向左 2 2 2 位移关系 s 1′- s 2′=L –(s 1 + s 2) ? t ′= 1s 则 s 2′= 2m 向左 ∴ 木板在地面上的总位移 s = s 2′–s 2 = 0 A M B A M 高中物理中的滑块问题 1.(2010淮阴中学卷)如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M 1和M 2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F 1、F 2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v 1和v 2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是 ( BD ) A .若F 1=F 2,M 1>M 2,则v 1>v 2 B .若F 1=F 2,M 1<M 2,则v 1>v 2 C .若F 1>F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 D .若F 1<F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 2.如图所示,长2m ,质量为1kg 的木板静止在光滑水平面上,一木块质量也为1kg (可视为质点),与木板之间的动摩擦因数为0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落,则木块初速度的最大值为( D ) A .1m/s B .2 m/s C .3 m/s D .4 m/s 3.如图所示,小木块质量m =1kg ,长木桉质量M =10kg ,木板与地面以及木块间的动摩擦因数均为μ=0.5.当木板从静止开始受水平向右的恒力F =90 N 作用时,木块以初速v 0=4 m /s 向左滑上木板的右端.则为使木块不滑离木板,木板的长度l 至少要多长? 2 2112 132 1 21/3)(t t a s s m M g m M mg F a ?== =+--= μμ 22202225.2421 /5t t t a t v s s m g a -=-===μ s t t a t a v 2120==+-解得由 m s s l 421=+=板长: 4.如图所示,质量M=1.0kg 的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m=1.0kg 的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数=0.20.现用水平横力F=6.0N 向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过t=1.0s 撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求: (1)撤去力F 时小滑块和长木板的速度个是多大; (2)运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多 大? F 1 F 2 M F m 【最新整理,下载后即可编辑】 高中物理中的滑块问题 1.(2010淮阴中学卷)如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M 1和M 2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F 1、F 2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v 1和v 2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是 ( BD ) A .若F 1=F 2,M 1>M 2,则v 1>v 2 B .若F 1=F 2,M 1<M 2,则v 1>v 2 C .若F 1>F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 D .若F 1<F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 2.如图所示,长2m ,质量为1kg 的木板静止在光滑水平面上,一木块质量也为1kg (可视为质点),与木板之间的动摩擦因数为0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落,则木块初速度的最大值为( D ) A .1m/s B .2 m/s C .3 m/s D .4 m/s 3.如图所示,小木块质量m =1kg ,长木桉质量M =10kg ,木板与地面以及木块间的动摩擦因数均为μ=0.5.当木板从静止开始受水平向右的恒力F =90 N 作用时,木块以初速v 0=4 m /s 向左滑上木板的右端.则为使木块不滑离木板,木板的长度l 至少要多长? F 1 F 2 2 2112 132 1 21/3)(t t a s s m M g m M mg F a ?== =+--= μμ 222022 25.242 1 /5t t t a t v s s m g a -=-===μ s t t a t a v 2120==+-解得由 m s s l 421=+=板长: 4.如图所示,质量M=1.0kg 的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m=1.0kg 的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数=0.20.现用水平横力F=6.0N 向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过t=1.0s 撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求: (1)撤去力F 时小滑块和长木板的速度个是多大; (2)运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多大? (1).对滑和木板分别利用牛顿第二定律和运动学公式 s m t a v s m M mg F a s m t a v s m g a /4/4/2/21222 21112 1===-=====μμ (2).最大位移就是在滑块和木板相对静止时1s 后.没有拉力.只有相互间的摩擦力 滑块加速度大小均为α=2m/s 2(方向相反) v 1+αt 2=v 2-αt 2 代入数据 2+2t 2=4-2t 2 解得 t 2=0.5s 此时2个的速度都是v=3m/s m t v v t v s 25.22 221111=?++?= m t v v t v s 75.32 222122=?++?= m s s s 5.112=-=? 5.(2010龙岩二中卷)如图所示,一质量M =2.0kg 的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m =1.0kg 可看作质 M F m 1.静止在光滑水平面上的物体在水平拉力F作用下开始运动,拉力随时间变化的规律如图所示,关于物体在0~t1时间内的运动情况下列描述正确的是( ) A.物体先做匀加速运动,后做匀减速运动 B.物体的速度一直增大 C.物体的速度先增大后减小 D.物体的加速度一直增大 2.将木块A、B叠放在一起后放在倾角为α的光滑斜面上,A和B一起沿斜面自由滑下。下滑过程中,A和B无相对运动,如图所示。已知A的质量为m,求下滑过程中A受到的支持力及摩擦力各多大? 3.如图所示的装置中,重4N的物块被平行于斜面的细线拴在斜面上端的小柱上,整个装置被固定在测力计上并保持静止,斜面的倾角为30°。如果物块与斜面间无摩擦,装置稳定以后,当细线被烧断物块正下滑时,与稳定时比较,测力计的读数为( ) A.增大4N B.增大3N C.减小1N D.不变 4.如图所示为车站使用的水平传送带的模型,传送带长l=8m,现有一个质量为m=10kg的旅行包以v0=10m/s的初速度水平地滑上水平传送带,已知旅行包与皮带间的动摩擦因数为μ=0.6。g取10m/s2,且可将旅行包视为质点。试讨论下列问题: (1)若传送带静止,则旅行包从传送带的A端滑到另一端B所需要的时间是多少? (2)若传送带一速度v=4m/s沿顺时针方向匀速转动,则旅行包从传动带的A端滑到B端历时多少? (3)若传送带以速度v=4m/s沿逆时针向匀速转动,则旅行包是否能够从传动带的A端滑到B端?如不能,试说明理由;如能,试计算历时多少? 5.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查.如图3-7-6所示为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带AB始终保持v=1m/s的恒定速率运行,一质量为m=4kg的行李无初速地放在A处,设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离l=2m,g取10m/s2. (1)从A运动到B的时间以及物体在皮带上留下的滑痕长度; (2)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处,求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率. A B v 图3-7-6 专题滑块与木板 一应用力和运动的观点处理(即应用牛顿运动定律) 典型思维方法:整体法与隔离法 注意运动的相对性 【例1】木板M静止在光滑水平面上,木板上放着一个小滑块m,与木板之间的动摩擦因数μ,为了使得m能从M上滑落下来,求下列各种情况下力F的大小范围。 【例2】如图所示,有一块木板静止在光滑水平面上,木板质量M=4kg,长L=1.4m.木板右端放着一个小滑块,小滑块质量m=1kg,其尺寸远小于L,它与木板之间的动摩擦因数μ=0.4,g=10m/s2, (1)现用水平向右的恒力F作用在木板M上,为了使得m能从M上滑落下来,求F的大小范围. (2)若其它条件不变,恒力F=22.8N,且始终作用在M上,求m在M上滑动的时间 . 【例3】质量m=1kg的滑块放在质量为M=1kg的长木板左端,木板放在光滑的水平面上,滑块与木板之间的动摩擦因数为0.1,木板长L=75cm,开始时两者都处于静止状态,如图所示,试求:(1)用水平力F0拉小滑块,使小滑块与木板以相同的速度一起滑动,力F0的最大值应为多少? (2)用水平恒力F拉小滑块向木板的右端运动,在t=0.5s内使滑块从木板右端滑出,力F应为多大? (3)按第(2)问的力F的作用,在小滑块刚刚从长木板右端滑出时,滑块和木板滑行的距离各为多少?(设m与M之间的最大静摩擦力与它们之间的滑动摩擦力大小相等)。(取g=10m/s2). x2 x1L F 【例4】如图所示,在光滑的桌面上叠放着一质量为m A=2.0kg的薄木板A和质量为m B=3 kg的金属块B.A 的长度L=2.0m.B上有轻线绕过定滑轮与质量为m C=1.0 kg的物块C相连.B与A之间的滑动摩擦因数μ=0.10,最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力.忽略滑轮质量及与轴间的摩擦.起始时令各物体都处于静止状态,绳被拉直,B位于A的左端(如图),然后放手,求经过多长时间t后B从A的右端脱离(设A的右端距滑轮足够远)(取g=10m/s2). 例1解析(1)m与M刚要发生相对滑动的临界条件:①要滑动:m与M间的静摩擦力达到最大静摩擦力;②未滑动:此时m与M加速度仍相同。受力分析如图,先隔离m,由牛 顿第二定律可得:a=μmg/m=μg 再对整体,由牛顿第二定律可得:F0=(M+m)a 解得:F0=μ(M+m) g 所以,F的大小范围为:F>μ(M+m)g (2)受力分析如图,先隔离M,由牛顿第二定律可得:a=μmg/M 再对整体,由牛顿第二定律可得:F0=(M+m)a 解得:F0=μ(M+m) mg/M 所以,F的大小范围为:F>μ(M+m)mg/M 例2[解析](1)小滑块与木板间的滑动摩擦力 f=μFN=μmg=4N…………① 滑动摩擦力f是使滑块产生加速度的最大合外力,其最大加速度 a1=f/m=μg=4m/s2…② 当木板的加速度a2> a1时,滑块将相对于木板向左滑动,直至脱离木板 F-f=m a2>m a1F> f +m a1=20N …………③ 即当F>20N,且保持作用一般时间后,小滑块将从木板上滑落下来。 (2)当恒力F=22.8N时,木板的加速度a2',由牛顿第二定律得F-f=Ma2' 解得:a2'=4.7m/s2………④ 设二者相对滑动时间为t,在分离之前 小滑块:x1=? a1t2…………⑤ 木板:x1=? a2't2…………⑥ 又有x2-x1=L …………⑦ 解得:t=2s …………⑧ 滑块—木板模型问题的分析和技巧 1.解题关键 正确地对各物体进行受力分析(关键是确定物体间的摩擦力方向),并根据牛顿第二定律确定各物体的加速度,结合加速度和速度的方向关系确定物体的运动情况. 2.规律选择 既可由动能定理和牛顿运动定律分析单个物体的运动,又可由能量守恒定律分析动能的变化、能量的转化,在能量转化过程往往用到ΔE 内=-ΔE 机=F f x 相对,并要注意数学知识(如图象法、归纳法等)在此类问题中的应用. 模型二 传送带模型 例2 如图所示,传送带与水平面之间的夹角为θ=30°,其上A 、B 两点间的距离为l =5 m ,传送带在电动机的带动下以v =1 m/s 的速度匀速运动.现将一质量为m =10 kg 的小物体(可视为质点)轻放在传送带上的A 点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ=32 ,在传送带将小物体从A 点传送到B 点的过程中,求:(g 取10 m/s 2) (1)传送带对小物体做的功; (2)电动机做的功. 【解析】 (1)小物体刚开始运动时,根据牛顿第二定律有 μmg cos θ-mg sin θ=ma 解得小物体上升的加速度为a =g 4 =2.5 m/s 2 当小物体的速度为v =1 m/s 时,位移为 x =v 2 2a =0.2 m 然后小物体以v =1 m/s 的速度做匀速运动到达B 点. 由功能关系得 W =ΔE k +ΔE p =12 m v 2+mgl sin θ=255 J. (2)电动机做功使小物体的机械能增加,同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q ,由v =at 得 t =v a =0.4 s 相对位移x ′=v t -v 2 t =0.2 m 摩擦产生的热量Q =μmgx ′cos θ=15 J 一、滑块问题 1.如图所示,有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上,木板质量为M=4kg,长为L=1.4m;木板右端放着一小滑块,小滑块质量为 m=1kg ,其尺寸远小于 L 。小滑块与木板之间的动摩 擦因数为 0.4 (g 10m / s2 ) (1)现用恒力 F作用在木板 M 上,为了使得 m能从 M 上面滑落下来,问: F大小的范围是什么? (2)其它条件不变,若恒力 F=22.8 牛顿,且始终作用在 M 上,最 终使得 m能从 M 上面滑落下来。问:m在M 上面滑动的时间是多大? 解析:( 1)小滑块与木板间的滑动摩擦力 f Nmg 小滑块在滑动摩擦力f作用下向右匀加速运动的加速度 a1 f / m g4m / s2木板在拉力 F和滑动摩擦力 f作用下向右匀加速运动的加速度 a2( F f ) / M 使 m能从 M 上面滑落下来的条件是 a2a1 即 (F f ) / M f / m 解得 F( M m) g20N ( 2)设 m在 M 上滑动的时间为 t,当恒力 F=22.8N ,木板的加速度 a2( F f ) / M 4.7m / s2 ) 小滑块在时间 t内运动位移S 1 a1t 2/ 2 木板在时间 t内运动位移S 2 a2t 2/ 2 因S 2S1L即 4.7t 2 / 24t 2 / 2 1.4解得 t2s 2.长为 1.5m 的长木板 B 静止放在水平冰面上,小物块 A 以某一初速度从木板 B 的左端滑上长木板 B,直到 A、B 的速度达到相同,此时 A、B 的速度为 0.4m/s,然后 A、B 又一 起在水平冰面上滑行了8.0cm 后停下.若小物块 A 可视为质点,它与长木板 B 的质量相同, A、 B 间的动摩擦因数μ1 .求:(取 g=10m/s2)v =0.25 ( 1)木块与冰面的动摩擦因数.A B (2)小物块相对于长木板滑行的距离. (3)为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度应为多大? 解析:( 1) A、 B 一起运动时,受冰面对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度 v222 a g 1.0m/s解得木板与冰面的动摩擦因数μ=0.10 2s ( 2)小物块 A 在长木板上受木板对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度 a1=μ1g=2.5m/s2 高中物理中的滑块问题 1.(2010淮阴中学卷)如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M 1和M 2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F 1、F 2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v 1和v 2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是 ( ) A .若F 1=F 2,M 1>M 2,则v 1>v 2 B .若F 1=F 2,M 1<M 2,则v 1>v 2 C .若F 1>F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 D .若F 1<F 2,M 1=M 2,则v 1>v 2 2.如图所示,长2m ,质量为1kg 的木板静止在光滑水平面上,一木块质量也为1kg (可视为质点),与木板之间的动摩擦因数为0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落,则木块初速度的最大值为( ) A .1m/s B .2 m/s C .3 m/s D .4 m/s 3.如图所示,小木块质量m =1kg ,长木桉质量M =10kg ,木板与地面以及木块间的动摩擦因数均为μ=0.5.当木板从静止开始受水平向右的恒力F =90 N 作用时,木块以初速v 0=4 m /s 向左滑上木板的右端.则为使木块不滑离木板,木板的长度l 至少要多长? 4.如图所示,质量M=1.0kg 的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m=1.0kg 的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数=0.20.现用水平横力F=6.0N 向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过t=1.0s 撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求: (1)撤去力F 时小滑块和长木板的速度个是多大; (2)运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多大? F 1 F 2 M F m 滑块—木板模型 例1如图1所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B,A、B间的最大静摩擦力为μmg,现用水平拉力F拉B,使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值。 分析:为防止运动过程中A落后于B(A不受拉力F的直接作用,靠A、B间的静摩擦力加速),A、B 一起加速的最大加速度由A决定。解答:物块A能获得的最大加速度为:.∴A、B 一起加速运动时,拉力F的最大值为:. 变式1例1中若拉力F作用在A上呢如图2所示。解答:木板B能获得的最大加速度为:。∴A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为: . 变式2在变式1的基础上再改为:B与水平面间的动摩擦因数为(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力),使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值。 解答:木板B能获得的最大加速度为:,设A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为F m,则: 解得: 《 例2 如图3所示,质量M=8kg的小车放在光滑的水平面上,在小车右端加一水平恒 力F,F=8N,当小车速度达到1.5m/s时,在小车的前端轻轻放上一大小不计、质量m=2kg的物体,物体与小车间的动摩擦因数μ=0.2,小车足够长,求物体从放在小车上开始经t=1.5s通过的位移大小。(g 取10m/s2) 解答:物体放上后先加速:a1=μg=2m/s2,此时小车的加速度为:,当小车与物体达到共同速度时:v共=a1t1=v0+a2t1,解得:t1=1s ,v共=2m/s,以后物体与小车相对静止: (∵,物体不会落后于小车)物体在t=1.5s内通过的位移为:s= a1t12+v共(t-t1)+ a3(t-t1)2=2.1m 练习1如图4所示,在水平面上静止着两个质量均为m=1kg、长度均为L=1.5m的木板A和B,A、B 间距s=6m,在A的最左端静止着一个质量为M=2kg的小滑块C,A、B与C之间的动摩擦因数为μ1=0.2,A、B与水平地面之间的动摩擦因数为μ2=0.1。最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力。现在对C施加一个水平向右的恒力F=4N,A和C开始运动,经过一段时间A、B相碰,碰后立刻达到共同速度,C瞬间速度不变,但A、B并不粘连,求:经过时间t=10s时A、B、C的速度分别为多少(已知重力加速度g=10m/s2) 解答:假设力F作用后A、C一起加速,则:,而A能获得的最 大加速度为:,∵,∴假设成立,在A、C滑行6m的过程中:,∴v1=2m/s,,A、B相碰过程,由动量守恒定律可得:mv1=2mv2 ,∴v2=1m/s,此后A、C相对滑动:,故C匀速运动; ,故AB也匀速运动。设经时间t2,C从A右端滑下:v1t2-v2t2=L∴t2=1.5s,然后A、B分离,A减速运动直至停止:a A=μ2g=1m/s2,向 左,,故t=10s时,v A=0.C在B上继 续滑动,且C匀速、B加速:a B=a0=1m/s2,设经时间t4,C.B速度相 等:∴t4=1s。此过程中,C.B的相对位移为:,故C没有从B的右端滑下。然后C.B一起加速,加速度为a1,加速的时间为: ,故t=10s时,A、B、C的速度分别为0,2.5m/s,2.5m/s. $ 练习2如图5所示,质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数,在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块,铁块与木板间的动摩擦因数 ,取g=10m/s2,试求: (1)若木板长L=1m,在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N,经过多长时间铁块运动到木板的右端 (2)若在铁块上施加一个大小从零开始连续增加的水平向右的力F,通过分析和计算后。(解答略)答案如下:(1)t=1s,(2)①当F≤N时,A、B相对静止且对地静止,f2=F;,②当2N 第四讲 滑块和滑板小练习1 学号 m 、2m 的A 、B 两个物体,A 、B 间的最大静摩擦力 以同 一加速度运动,则拉力 F 的最大值为( ) B . 2 卩 mg D . 4 卩 mg 面之间的动摩擦因数为扌最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力?若将水平力作用在 好要相对B 滑动,此时A 的加速度为a 1;若将水平力作用在 B 上,使B 刚好要相对A 滑动,此 时B 的加速度为a 2,贝U a 1与a 2的比为( ) A . 1 : 1 B . 2 : 3 C . 1 : 3 D . 3 : 2 3. (多选)如图2所示,A 、B 两物块的质量分别为 2m 和m ,静止叠放在水平地面上. A 、B 间的 1 动摩擦因数为 U, B 与地面间的动摩擦因数为 2 U 最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为 g. 1 D .无论F 为何值,B 的加速度不会超过2 Ug 4. 如图甲所示,静止在光滑水平面上的长木板 B (长木 板足够长)的左端放着小物块 A.某时刻,A 受到水平向右的外力 F 作用,F 随时间t 的变化规律如图乙所示,即 F = kt ,其中k 为已知常 数.若物体之间的滑动摩擦力 F f 的大小等于最大静摩擦力,且 A 、 B 的质量相等,则下列图中 可以定性地描述长木板 B 运动的vt 图象的是( ). 5?如图甲所示,在水平地面上有一长木板 之间的最大静摩擦力都和滑动摩擦力相等. 图乙所示,重力加速度 g 取10 m/s 2,则下列说法中正确的是 ( A . A 的质量为0.5 kg B. B 的质量为1.5 kg 1. 为 班级 --------------- 姓名 如图所示,光滑水平面上放置质量分别为 卩mg 现用水平拉力 F 拉B ,使A 、B A .卩 mg C . 3 U mg 2. 如图所示,物块 A 放在木板B 上,A 、 B 的质量均为m , A 、B 之间的动摩擦因数为 A 上,使A 刚 现对A 施加一水平拉力 F ,则( A .当 B .当 C .当 ) F<2卩mg 寸,A 、B 都相对地面静止 5 1 F = 2卩mg 寸,A 的加速度为3^g F>3卩mg 寸,A 相对B 滑动 A F B ,其上叠放木块 A ,假定木板与地面之间、 用 一水平力F 作用于B , A 、B 的加速度与 ) 木块和木板 F 的关系如 A D 牛顿第二定律——连接体问题(整体法与隔离法) 一、连接体:当两个或两个以上的物体通过绳、杆、弹簧相连,或多个物体直接叠放在一起的系统 二、处理方法——整体法与隔离法 系统运动状态相同 整体法 问题不涉及物体间的内力 使用原则 隔离法 三、连接体题型: 1【例1】A 、B 平力N F A 6=推A ,用水平力N F B 3=拉B ,A 、B 间的作用力有多大? 【练1】如图所示,质量为M 的斜面A 在水平向左的推力F 作用下,A 与B 物体B 的质量为m ,则它们的加速度a A. ()(,sin μθ++==g m M F g a B. θθcos )(,cos g m M F g a +== C. )tan ()(,tan θμθ++==g m M F g a D. g m M F g a )(,cot +==μθ 【练2】如图所示,质量为2m 的物体2滑定滑轮连接质量为1m 的物体,与物体1A. 车厢的加速度为θsin g B. 绳对物体1的拉力为θcos 1g m C. 底板对物体2的支持力为g m m )(12- A B F A F B B θ A F D. 物体2所受底板的摩擦力为θtan 2g m 2、连接体整体内部各部分有不同的加速度: (不能用整体法来定量分析) 【例2】如图所示,一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套有一个环,箱和杆的总质量为M ,环的质量为m 。已知环沿着杆向下加速运动,当加速度大小为a 时(a <g ),则箱对地面的压力为( ) A. Mg + mg B. Mg —ma C. Mg + ma D. Mg + mg – ma 【练3】如图所示,一只质量为m 的小猴抓住用绳吊在天花板上的一根质量为M 的竖直杆。当悬绳突然断裂时,小猴急速沿杆竖直上爬,以保持它离地面的高度不变。则杆下降的加速度为( ) A. g B. g M m C. g M m M + D. g M m M - 【练4个重4 N 的读数是( ) A.4 N B.23 N C.0 N 【练5】如图所示,A 、B 的质量分别为m A =0.2kg ,m B =0.4kg ,盘C 的质量m C =0.6kg ,现悬挂于天花板O 处,处于静止状态。当用火柴烧断O 处的细线瞬间,木块A 的加 速度a A 多大?木块B 对盘C 的压力F BC 多大?(g 取10m/s 2 ) 连接体作业 1、如图所示,小车质量均为M ,光滑小球P 的质量为m ,绳的质量不计,水平地面光滑。要使小球P 随车一起匀加速运动(相对位置如图所示),则施于小车的水平拉力F 各是多少?(θ已知) A B C O M m 2.如图,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( ) 3.如图所示,A 、B 两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B 受到的摩擦力 A .方向向左,大小不变 B .方向向左,逐渐减小 C .方向向右,大小不变 D .方向向右,逐渐减小 例1.一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.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) 10.如图所示,一足够长的木板静止在光滑水平面上,一物块静止在木板上,木板和物块间有摩擦。现用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时,撤掉拉力,此后木板和物块相对于水平面的运动情况为( ) A .物块先向左运动,再向右运动 B .物块向右运动,速度逐渐增大,直到做匀速运动 C .木板向右运动,速度逐渐变小,直到做匀速运动 D .木板和物块的速度都逐渐变小,直到为零 木板 物块 拉力 14.质量为m=1.0 kg的小滑块(可视为质点)放在质量为m=3.0 kg的长木板的右端,木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长L=1.0 m开始时两者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的恒力F=12 N,如图3-12所示,为使小滑块不掉下木板,试求:(g取10 m/s2) (1)水平恒力F作用的最长时间; (2)水平恒力F做功的最大值. 10.如图9所示,一足够长的木板静止在光滑水平面上,一物块静止在木板上,木板和物块间有摩擦.现用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时,撤掉拉力,此后木板和物块相对于水平面的运动情况为 () 图9 A.物块先向左运动,再向右运动 B.物块向右运动,速度逐渐增大,直到做匀速运动 C.木板向右运动,速度逐渐变小,直到做匀速运动 D.木板和物块的速度都逐渐变小,直到为零 17.如图18所示,小车质量M为2.0 kg,与水平地面阻力忽略不计,物体质量m为0.5 kg,物体与小车间的动摩擦因数为0.3,则: 图18 (1)小车在外力作用下以1.2 m/s2的加速度向右运动时,物体受摩擦力多大? (2)欲使小车产生a=3.5 m/s2的加速度,需给小车提供多大的水平推力? (3)若要使物体m脱离小车,则至少用多大的水平力推小车? (4)若小车长L=1 m,静止小车在8.5 N水平推力作用下,物体由车的右端向左滑动,则滑离小车需多长时间?(物体m看作质点) 16.如图所示,木板长L=1.6m,质量M=4.0kg,上表面光滑,下表面与地面间的动摩擦因数为μ=0.4.质量m=1.0kg的小滑块(视为质点)放在木板的右端,开始时木板与物块均处于静止状态,现给木板以向右的初速度,取g=10m/s2,求: (1)木板所受摩擦力的大小; 精心整理 高中物理中的滑块问题 1.(2010淮阴中学卷)如图,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木板分离时,两木板的速度分别为v1和v2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是() ,长木桉质量M=10kg,木板与地面以及木块间的动摩擦因.当木板从静止开始受水平向右的恒力F=90N作用时,木块以初速 10龙岩二中卷)如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2.用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来.求: (1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向; (2)作用于木板的恒力F的大小; (3)木板的长度至少是多少? 6.如图所示,一辆M=8kg,长L=2m 的平板小车静止在水平地面上,小车的左端放置一物块(可视为质点)。已知小车高度h=0.80 m 。物块的质量m=1.0kg ,它与小车平板间的动摩擦因数μ=0.20。现用F=26N 水平向左的恒力拉小车,经过一段时间后,物块与小车分离。不计小车与地面间的摩擦。取g=10m/s 2,求: (1)物块与小车分离前,小车向左运动的最大距离; (2)当物块落地时,物块与小车右端的水平距离。 7.如图所示,水平地面上一个质量M=4.0kg 、长度L=2.0m 的木板,在F=8.0N 的水平拉力作用下,以v 0=2.0m/s 的速度向右做匀速直线运动。某时刻将质量m=1.0 kg 的物块(物块可视为质点)轻放在木板最右端。 (1)若物块与木板间无摩擦,求物块离开木板所需的时间; (2)若物块与木板间有摩擦,且物块与木板间的动摩擦因数和木板与地面间的动摩擦因数相等,求将物块放在木板上后,经过多长时间木板停止运动。(结果保留二位有效数字) 8.( 的木板擦因数μ1=0.1小可以 μ2=0.4(1的恒力 F =8N (29.车长的速度v 0(1(210.m 的铁块以水平初速度v 0滑到小车上,两物体开始运动,它们的速度随时间变化的图象如图(b )所示(t 0是滑块在车上运动的时间),则可以断定() A.铁块与小车最终滑离 B.铁块与小车的质量之比m:M=1:1 C.铁块与小车表面的动摩擦因数μ= 3gt v 0 D.平板车上表面的长度为 6 50o t v 物理体分析 在高三物理复习中,滑块—木板模型作为力学的基本模型经常出现,是对一轮复习中 直线运动和牛顿运动定律有关知识的巩固和应用。这类问题的分析有利于培养学生对物理情 景的想象能力,为后面动量和能量知识的综合应用打下良好的基础。滑块—木板模型的常见 题型及分析方法如下: 例1如图1所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B,A、B间的最大静摩擦力为μmg,现用水平拉力F拉B,使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值。 分析:为防止运动过程中A落后于B(A不受拉力F的直接作用,靠A、B间的静摩擦力加速),A、B一起加速的最大加速度由A决定。 解答:物块A能获得的最大加速度为:. ∴A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为: . 变式1例1中若拉力F作用在A上呢?如图2所示。 解答:木板B能获得的最大加速度为:。 ∴A、B一起加速运动时,拉力 F 的最大值为: . 变式 2 在变式 1 的基础上再改为: B 与水平面间的动摩擦因数为(认为最大静摩擦 力等于滑动摩擦力),使A、B以同一加速度运动,求拉力 F 的最大值。 解答:木板B能获得的最大加速度为: 设A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为F m,则: 解得: 例2 如图 3 所示,质量M=8kg 的小车放在光滑的水平面上,在小车右端加一水平恒力F,F=8N,当小车速度达到1.5m/s 时,在小车的前端轻轻放上一大小不计、质量m=2kg 的物体,物体与小车间的动摩擦因数μ=0.2,小车足够长,求物体从放在小车上开始经t =1.5s 通 2) 过的位移大小。(g取10m/s 2 解答:物体放上后先加速:a1=μg=2m/s 此时小车的加速度为: 当小车与物体达到共同速度时: 滑块—木板模型 一、模型概述 滑块-木板模型(如图a),涉及摩擦力分析、相对运动、摩擦生热,多次互相作用,属于多物体多过程问题,知识综合性较强,对能力要求较高,另外,常见的子弹射击木板(如图b)、圆环在直杆中滑动(如图c)都属于滑块类问题,处理方法与滑块-木板模型类似。 二、滑块—木板类问题的解题思路与技巧: 1.通过受力分析判断滑块和木板各自的运动状态(具体做什么运动); 2.判断滑块与木板间是否存在相对运动。滑块与木板存在相对运动的临界条件是什么? ⑴运动学条件:若两物体速度或加速度不等,则会相对滑动。 ⑵动力学条件:假设两物体间无相对滑动,先用整体法算出共同加速度,再用隔离法算出其中一个物体“所需要”的摩擦力f;比较f与最大静摩擦力f m的关系,若f > f m,则发生相对滑动;否则不会发生相对滑动。 3. 分析滑块和木板的受力情况,根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度; 4. 对滑块和木板进行运动情况分析,找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系,建立方程.特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移. 5. 计算滑块和木板的相对位移(即两者的位移差或位移和); 6. 如果滑块和木板能达到共同速度,计算共同速度和达到共同速度所需要的时间; 7. 滑块滑离木板的临界条件是什么? 当木板的长度一定时,滑块可能从木板滑下,恰好滑到木板的边缘达到共同速度(相对静止)是滑块滑离木板的临界条件。 【典例1】如图所示,在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板,其上叠放一质量为m2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a1和a2。下列反映a1和a2变化的图线中正确的是(如下图所示)() 一、计算题 (每空? 分,共? 分) 1、如下图中甲所示为传送装置的示意图。绷紧的传送带长度L =2.0m ,以v =3.0m/s 的恒定速率运行,传送带的水平部分AB 距离水平地面的高度h =0.45m 。现有一行李箱(可视为质点)质量m =10kg ,以v 0=1.0 m/s 的水平初速度从A 端滑上传送带,被传送到B 端时没有被及时取下,行李箱从B 端水平抛出,行李箱与传送带间的动摩擦因数m =0.20,不计空气阻力,重力加速度g 取l0 m/s 2 。 (1)求行李箱从传送带上A 端运动到B 端过程中摩擦力对行李箱冲量的大小; (2)传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦,求为运送该行李箱电动机多消耗的电能; (3)若传送带的速度v 可在0~5.0m/s 之间调节,行李箱仍以v 0的水平初速度从A 端滑上传送带,且行李箱滑到B 端均能水平抛出。请你在图乙中作出行李箱从B 端水平抛出到落地点的水平距离x 与传送带速度v 的关系图象。(要求写出作图数据的分析过程) 2、如图所示,质量M = 4.0kg 的长木板B 静止在光滑的水平地面上,在其右端放一质量m = 1.0kg 的小滑块A (可视为质点)。初始时刻,A 、B 分别以v 0 = 2.0m/s 向左、向右运动,最后A 恰好没有滑离B 板。已知A 、B 之间的动摩擦因数μ = 0.40,取g =10m/s 2 。求: ? A 、B 相对运动时的加速度a A 和a B 的大小与方向; ? A 相对地面速度为零时,B 相对地面运动已发生的位移x ; ? 木板B 的长度l 。 3、水平放置的传送带AB 间的距离L =10m ,传送带在电动机带动下以v =2m/s 的速度匀速运动,如下图所示。在A 点轻轻放上一个质量为 m =2kg 的小物块,物块向右运动s =2m 后和传送带保持静止(取g =10m/s 2 ) 求:(1)物块与传送带间的动摩擦因数. (2) 若在A 点,每隔1s 放上一个初速为零的物块,经过相当长的时间稳定后,传送带上共有几个物块?此时电动机的功率比不放物块时增加多少? (3)若在A 点由静止释放第一个物块,3s 后再释放第二个物块,为使第二个物块在传送带上与第一个物块碰撞,第二个物块释放时的初速度v 0至少需要多大? 4、利用皮带运输机将物体由地面运送到高出水平地面的C 平台上,C 平台离地面的竖直高度为5m ,已知皮带和物体问的动摩擦因数为0.75,运输机的皮带以2m /s 的速度匀速顺时针运动且皮带和轮子之间不打滑。(g =l0m/s2,sin37° =0.6 ) (1)如图所示,若两个皮带轮相同,半径是25cm ,则此时轮子转动的角速度是多大? (2)假设皮带在运送物体的过程中始终是张紧的。为了将地面上的物体能够运送到平台上,皮带的倾角θ最大不能超过多少? 高中物理滑块问题 LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020 1、如下图中甲所示为传送装置的示意图。绷紧的传送带长度L=,以v=s的恒定速率运行,传送带的水平部分AB距离水平地面的高度h=。现有一行李箱(可视为质点)质量m=10kg,以v0=s的水平初速度从A端滑上传送带,被传送到B端时没有被及时取下,行李箱从B端水平抛出,行李箱与传送带间的动摩擦因数m=,不计空气阻力,重力加速度g取l0m/s2。 (1)求行李箱从传送带上A端运动到B端过程中摩擦力对行李箱冲量的大小; (2)传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦,求为运送该行李箱电动机多消耗的电能; (3)若传送带的速度v可在0~s之间调节,行李箱仍以v0的水平初速度从A端滑上传送带,且行李箱滑到B端均能水平抛出。请你在图乙中作出行李箱从B端水平抛出到落地点的水平距离x 与传送带速度v的关系图象。(要求写出作图数据的分析过程) 2、如图所示,质量M=的长木板B静止在光滑的水平地面上,在其右端放一质量m=的小滑块A (可视为质点)。初始时刻,A、B分别以v0=s向左、向右运动,最后A恰好没有滑离B板。已知A、B之间的动摩擦因数μ=,取g=10m/s2。求: ⑴A、B相对运动时的加速度a A和a B的大小与方向; ⑵A相对地面速度为零时,B相对地面运动已发生的位移x; ⑶木板B的长度l。3、水平放置的传送带AB间的距离L=10m,传送带在电动机带动下以v=2m/s的速度匀速运动,如下图所示。在A点轻轻放上一个质量为m=2kg的小物块,物块向右运动s=2m后和传送带保持静止(取g=10m/s2) 求:(1)物块与传送带间的动摩擦因数. (2)若在A点,每隔1s放上一个初速为零的物块,经过相当长的时间稳定后,传送带上共有几个物块此时电动机的功率比不放物块时增加多少 (3)若在A点由静止释放第一个物块,3s后再释放第二个物块,为使第二个物块在传送带上与第一个物块碰撞,第二个物块释放时的初速度v0至少需要多大? 4、利用皮带运输机将物体由地面运送到高出水平地面的C平台上,C平台离地面的竖直高度为 5m,已知皮带和物体问的动摩擦因数为,运输机的皮带以2m/s的速度匀速顺时针运动且皮带和轮子之间不打滑。(g=l0m/s2,sin37°=) (1)如图所示,若两个皮带轮相同,半径是 25cm,则此时轮子转动的角速度是多大 (2)假设皮带在运送物体的过程中始终是张紧的。为了将地面上的物体能够运送到平台上,皮带的倾角θ最大不能超过多少? (3)皮带运输机架设好之后,皮带与水平面的夹角为9=30°.现将质量为lkg的小物体轻轻地放在皮带的A处,运送到C处.试求由于运送此物体,运输机比空载时多消耗的能量. 5、如图所示,在水平地面上放置一块质量为M的长板B,在平板的上方某一高度处有一质量为m 的物块P由静止开始落下。在平板上方附近存在“相互作用”区域(如图中虚线所示区域),当物块P进入该区域内,B便会对P产生一个竖直向上的恒力f作用,使得P恰好不与B的上表面接触,且f=kmg,其中k=11。在水平方向上P、B 之间没有相互作用力。已知平板与地面间的动摩 滑块—木板模型分析(教师版) 例1:质量为M 木板置于光滑水平面上,一质量为m 的滑块以水平速度 从左端滑上木板,m 与M 之间的动摩擦因数为 ,求: (1)假如木板足够长,求共同速度和所用的时间 (2)要使m 不掉下,M 至少要多长: 练习1:如图所示,质量为M=1kg 的长木板,静止放置在光滑水平桌面上,有一个质量为m=0.2kg 大小不计的物体以6m/s 的水平速度从木板左端冲上木板,在木板上滑行了2s 后跟木板相对静止(g 取10m/s 2)。求: (1)木板获得的速度。 (2)物体与木板 间的动摩擦因数; 例2:在光滑水平面上并排放两个相同的木板,长度均为L=1.00m ,一质量与木板相同的金属块,以v 0=2.00m/s 的初速度向右滑上木板A ,金属块与木板间动摩擦因数为μ=0.1, g 取10m/s 2。求两木板的最后速度。 练习2:如图,在光滑水平面上,有一质量为M=3kg 的木板和质量为m=1kg 的物块,都以v=4m/s 的初速朝相反的方向运动,它们间有摩擦,木板足够长,当木板速度为2.4m/s 时,物块的运动情况是( ) A .做加速运动 B.做减速运动 v 0 A B C.做匀速运动 D.以上都有可能 例3.如图,光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B,A、B间的最大静摩擦力为μmg,现用水平拉力F拉B,使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值。 分析:为防止运动过程中A落后于B(A不受拉力F的直接作用,靠A、B间的静摩擦力加速),A、B一起加速的最大加速度由A决定。 解答:物块A能获得的最大加速度为:. ∴A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为:. 变式1、例1中若拉力F作用在A上呢?如图2所示。 解答:木板B能获得的最大加速度为:。 ∴A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为: . 变式2、在变式1的基础上再改为:B与水平面间的动摩擦因数为(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力),使A、B以同一加速度运动,求拉力F的最大值。 解答:木板B能获得的最大加速度为: 设A、B一起加速运动时,拉力F的最大值为F m,则: 解得:(完整版)高中物理中的滑块问题(含解析)
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