牛頓運動定律
物體沿斜面運動,垂直于斜面方向有n=mgcosθ……①,沿斜面有mgsinθ+μn=ma……②
由①②可得a=g(sinθ+μcosθ);又由勻變速直線公式可得s= ,當(sinθ+μcosθ)取最大值時位移最小。
再由x~θ圖,當θ=900時,位移為10m,代入位移表達式解得v02=20 g;
當θ=00時,位移為 m,代入位移表達式解得 。
求(sinθ+μcosθ)的最大值:
當θ+β=900時,(sinθ+μcosθ)取得最大值,位移取得最小值,
此時cosβ= ;β=300,θ=900-β=600
位移最小值:xmin= 。
試題展示
1. 如圖,一固定斜面上兩個質量相同的小物塊a和b緊挨著勻速下滑,a與b的接觸面光滑。已知a與斜面之間的動摩擦因數是b與斜面之間動摩擦因數的2倍,斜面傾角為α。b與斜面之間的動摩擦因數是
a.23tanα b.23cotα
c.tanα d.cotα
答案:a
解析:a、b兩物體受到斜面的支持力均為mgcosα,所受滑動摩擦力分別為:fa = μamgcosα,fb = μbmgcosα,對整體受力分析結合平衡條件可得:2mgsinα =μamgcosα+μbmgcosα,且μa = 2μb,解之得:μb = tanα,a項正確。
2.如圖,質量為m的楔形物塊靜置在水平地面上,其斜面的傾角為θ.斜面上有一質量為m的小物塊,小物塊與斜面之間存在摩擦.用恒力f沿斜面向上拉小物塊,使之勻速上滑.在小物塊運動的過程中,楔形物塊始終保持靜止.地面對楔形物塊的支持力為
a.(m+m)g
b.(m+m)g-f
c.(m+m)g+fsinθ
d.(m+m)g-fsinθ
答案:d
【解析】:本題可用整體法的牛頓第二定律解題,豎直方向由平衡條件:fsinθ+n=mg+mg,則n= mg+mg-fsinθ 。
3.如圖,水平地面上有一楔形物體b,b的斜面上有一小物塊a;a與b之間、b與地面之間均存在摩擦.已知楔形物體b靜止時,a靜止在b的斜面上.現給a和b一個共同的向左的初速度,與a和b都靜止時相比,此時可能
a.a與b之間的壓力減少,且a相對b向下滑動
b.a與b之間的壓力增大,且a相對b向上滑動
c.a與b之間的壓力增大,且a相對b靜止不動
d.b與地面之間的壓力不變,且a相對b向上滑動
答案:bc
【解析】:依題意,若兩物體依然相對靜止,則a的加速度一定水平向右,如圖將加速度分解為垂直斜面與平行于斜面,則垂直斜面方向,n-mgcosθ=may,即支持力n大于mgcosθ,與都靜止時比較,a與b間的壓力增大;沿著斜面方向,若加速度a過大,則摩擦力可能沿著斜面向下,即a物塊可能相對b向上滑動趨勢,甚至相對向上滑動,故a錯,b、c正確;對系統整體,在豎直方向,若物塊a相對b向上滑動,則a還具有向上的分加速度,即對整體的牛頓第二定律可知,系統處于超重狀態,b與地面之間的壓力將大于兩物體重力之和,d錯。
4.如圖所示,光滑水平面上放置質量分別為m和2m的四個木塊,其中兩個質量為m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連,木塊間的最大靜摩擦力是μmg。現用水平拉力f拉其中一個質量為2 m的木塊,使四個木塊以同一加速度運動,則輕繩對m的最大拉力為b