3.(2011·新课标全国高考)如图3-3-13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( )
图3-3-13
[解析] 在m2与m1相对滑动前,F=kt=(m1+m2)a,a与t成正比关系,a-t关系图线的斜率为,当m1与m2相对滑动后,m1受到的滑动摩擦力为f21=μm2g=m1a1,a1=为一恒量,对m2有F-μm2g=m2a2,得a2=-μg,斜率为,可知A正确,B、C、D错误.
[答案] A
2.(多选)(2014·衡水中学调研)如图3-3-12所示,小车的质量为M,人的质量为m,人用恒力F拉绳,若人与车保持相对静止,且地面为光滑的,又不计滑轮与绳的质量,则车对人的摩擦力可能是( )
A.()F,方向向左 B.()F,方向向右
C.()F,方向向左 D.()F,方向向右
图3-3-12
[解析] 把人和车看作整体,二者有向左的加速度,由2F=(m+M)a解得a=.设车对人的摩擦力向右,大小为f,隔离人,由F-f=ma,联立解得f=()F,故选项D正确,B错误;设车对人的摩擦力向左,大小为f,隔离人,由F+f=ma,联立解得f=()F,选项C正确,A错误.
[答案] CD
B组 高考题组
1.(多选)(2013·辽宁省实验中学质检)某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N.他将弹簧秤移至电梯内称其体重,t0至t3时间段内,弹簧秤的示数如图3-3-11所示,电梯运行的v-t图可能是(取电梯向上运动的方向为正)( )
图3-3-11
[解析] 由G-t图象知:t0~t1时间内,具有向下的加速度,t1~t2时间内匀速或静止,t2~t3时间内,具有向上的加速度,因此其运动情况可能是:t0~t3时间内
,故A、D正确.
[答案] AD
2.解题中应注意以下几点
(1)在确定研究对象并进行受力分析之后,首先判定摩擦力突变(含大小和方向)点,给运动分段.传送带传送的物体所受的摩擦力,不论是其大小的突变,还是其方向的突变,都发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻.物体在传送带上运动时的极值问题,不论是极大值,还是极小值,也都发生在物体速度与传送带速度相等的时刻.v物与v传相同的时刻是运动分段的关键点,也是解题的突破口.
(2)判定运动中的速度变化(即相对运动方向和对地速度变化)的关键是v物与v传的大小与方向,对二者的比较是决定解题方向的关键.
(3)在倾斜传送带上需比较mgsin θ与Ff的大小与方向,判断Ff的突变情况.
(4)考虑传送带长度——判定临界之前是否滑出;物体与传送带共速以后物体是否一定与传送带保持相对静止.
(2014·成都模拟)如图3-3-9所示,传送带与地面倾角θ=37°,从A到B长度为16 m,传送带以10 m/s的速度转动.在传送带上端A处无初速度地放一个质量为0.5 kg的小物体,它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.则当皮带轮处于下列两种情况时,求物体从A运动到B所用时间.(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2)
(1)轮子顺时针方向转动;
(2)轮子逆时针方向转动.
图3-3-9
[解析] 小物体从A到B的运动过程中,受到三个力作用:重力mg、皮带的支持力FN、皮带的摩擦力Ff.由于摩擦力的方向始终与物体相对运动的方向相反,因此当轮子按不同方向转动时,或小物体与皮带的相对运动方向变化时,摩擦力方向都会改变.只有弄清楚小物体的受力情况,才能根据牛顿运动定律和运动学公式进行求解.
(1)轮子顺时针方向转动时,传送带作用于小物体的摩擦力沿传送带向上,物体的受力情况如图甲所示.物体由静止加速,由牛顿第二定律可得:
mgsin θ-μmgcos θ=ma1,
解得:a1=2 m/s2,
则物体从A端运动到B端的时间t==4 s.
甲
乙
(2)轮子逆时针方向转动时,传送带作用于小物体的摩擦力沿传送带向下,物体的受力情况如图乙所示.物体由静止加速,由牛顿第二定律得
mgsin θ+μmgcos θ=ma2,
解得:a2=10 m/s2,
物体加速到与传送带速度相同需要的时间为t1== s=1 s,
物体加速到与传送带速度相同时发生的位移为s=a2t=×10×12 m=5 m,
由于μ<tan θ(μ=0.5,tan θ=0.75),物体在重力作用下将继续加速运动,物体的速度大于传送带的速度,传送带给物体的摩擦力沿传送带向上,物体受力情况同题(1),
可得此时加速度为:a3=2 m/s2,
设后一阶段物体滑至底端所用时间为t2,
由L-s=vt2+a3t,
解得t2=1 s.
所以,物体从A运动到B所用时间t′=t1+t2=2 s.
[答案] (1)4 s (2)2 s
[即学即用]
如图3-3-10所示,传送带的水平部分ab=2 m,斜面部分bc=4 m,bc与水平面的夹角α=37°.一个小物体A与传送带间的动摩擦因数μ=0.25,传送带沿图示的方向运动,速率v=2 m/s.若把物体A轻放到a处,它将被传送带送到c点,且物体A不会脱离传送带.求物体A从a点被传送到c点所用的时间.(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10 m/s2)
图3-3-10
[解析] 物体A轻放在a点后在摩擦力作用下向右做匀加速直线运动,直到和传送带速度相等.在这一过程中有a1==μg,x1===0.8 m<ab.经历时间为t1==0.8 s.
此后物体随传送带运动到b点的时间为t2==0.6 s.
当物体A到达bc斜面时,由于mgsin 37°=0.6mg>μmgcos 37°=0.2 mg,所以物体A将再沿传送带做匀加速直线运动,其加速度大小为a2=gsin 37°-μgcos 37°=4 m/s2,物体A在传送带bc上所用时间满足bc=vt3+a2t,代入数据得t3=1 s(t3=-2 s舍去).
故物体A从a点被传送到c点所用时间为t=t1+t2+t3=2.4 s.
[答案] 2.4 s
A组 双基题组
1.分析流程
—→—→—→—→
——→,\s\up7(Ff突变
3.如图3-3-8所示,一轻绳上端系在车的左上角的A点,另一轻绳一端系在车左端B点,B点在A点正下方,A、B距离为b,两绳另一端在C点相结并系一质量为m的小球,绳AC长度为b,绳BC长度为b.两绳能够承受的最大拉力均为2mg.
图3-3-8
求:
(1)绳BC刚好被拉直时,车的加速度是多大?(要求画出受力图)
(2)在不拉断轻绳的前提下,求车向左运动的最大加速度是多大?(要求画出受力图)
[解析] (1)绳BC刚好被拉直时,小球受力如图所示
因为AB=BC=b,AC=b
故绳BC方向与AB垂直,cos θ=
θ=45°
由牛顿第二定律,得mgtan θ=ma
可得a=g
(2)小车向左的加速度增大,AB、BC绳方向不变,所以AC绳拉力不变,BC绳拉力变大,BC绳拉力最大时,小车向左的加速度最大,小球受力如图所示
由牛顿第二定律,得Tm+mgtan θ=mam
因这时Tm=2mg
所以最大加速度为:am=3g
[答案] (1)g 受力图见解析 (2)3g 受力图见解析
|
传送带问题的分析思路 |
2.解题策略
解决此类问题重在形成清晰的物理图景,分析清楚物理过程,从而找出临界条件或达到极值的条件,要特别注意可能出现的多种情况.
(2014·苏州中学检测)如图3-3-7所示,质量为m=1 kg的物块放在倾角为θ=37°的斜面体上,斜面质量为M=2 kg,斜面与物块间的动摩擦因数为μ=0.2,地面光滑,现对斜面体施一水平推力F,要使物块m相对斜面静止,试确定推力F的取值范围.(g=10 m/s2)
图3-3-7
[解析] (1)设物块处于相对斜面向下滑动的临界状态时的推力为F1,此时物块受力如图所示,取加速度的方向为x轴正方向.
对物块分析,
在水平方向有FNsin θ-μFNcos θ=ma1
竖直方向有FNcos θ+μFNsin θ -mg=0
对整体有F1=(M+m)a1
代入数值得a1=4.8 m/s2,F1=14.4 N
(2)设物块处于相对斜面向上滑动的临界状态时的推力为F2,对物块分析,在水平方向有F′Nsin θ+μF′Ncos θ=ma2,
竖直方向有F′Ncos θ-μF′Nsin θ-mg=0,
对整体有F2=(M+m)a2
代入数值得a2=11.2 m/s2,F2=33.6 N
综上所述可知推力F的取值范围为:14.4 N≤F≤33.6 N
[答案] 14.4 N≤F≤33.6 N
[迁移应用]
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,临界条件是:弹力FN=0.
(2)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:绳子所能承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是:FT=0.
(4)加速度最大与速度最大的临界条件:当物体在受到变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合外力最大时,具有最大加速度;合外力最小时,具有最小加速度.当出现速度有最大值或最小值的临界条件时,物体处于临界状态,所对应的加速度为零或最大.
2.如图3-3-6所示,质量为M的木楔ABC静置于粗糙水平面上,在斜面顶端将一质量为m的物体,以一定的初速度从A点沿平行斜面的方向推出,物体m沿斜面向下做减速运动,在减速运动过程中,下列有关说法中正确的是( )
A.地面对木楔的支持力大于(M+m)g
B.地面对木楔的支持力小于(M+m)g
C.地面对木楔的支持力等于(M+m)g
D.地面对木楔的摩擦力为0
图3-3-6
[解析] 由于物体m沿斜面向下做减速运动,则物体的加速度方向与运动方向相反,即沿斜面向上,则其沿竖直向上的方向有分量,故系统处于超重状态,所以可确定A正确,B、C错误;同理可知,加速度沿水平方向的分量向右,说明地面对木楔的摩擦力方向水平向右,故D错误.
[答案] A
|
动力学中的临界极值问题 |
在应用牛顿运动定律解决动力学问题中,当物体运动的加速度不同时,物体有可能处于不同的状态,特别是题目中出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时,往往会有临界现象,此时要采用假设法或极限分析法,看物体以不同的加速度运动时,会有哪些现象发生,尽快找出临界点,求出临界条件.
1.如图3-3-5所示,一不可伸长的轻质细绳跨过定滑轮后,两端分别悬挂质量为m1和m2的物体A和B.
图3-3-5
若滑轮有一定大小,质量为m且分布均匀,滑轮转动时与绳之间无相对滑动,不计滑轮与轴之间的摩擦.设细绳对A和B的拉力大小分别为F1和F2,已知下列四个关于F1的表达式中有一个是正确的,请你根据所学的物理知识,通过一定的分析,判断正确的表达式是( )
A.F1= B.F1=
C.F1= D.F1=
[解析] 设滑轮的质量为零,即看成轻滑轮,若物体B的质量较大,由整体法可得加速度a=,隔离物体A,据牛顿第二定律可得F1=g,将m=0代入四个选项,可得选项C是正确,故选C.
[答案] C
●与斜面体有关的连接体问题
湖北省互联网违法和不良信息举报平台 | 网上有害信息举报专区 | 电信诈骗举报专区 | 涉历史虚无主义有害信息举报专区 | 涉企侵权举报专区
违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com