16.高中物理板块模型分析-2020年2月刊高中自主招生《中学生数理化》

高中物理板块模型分析 ■杨倩倩 在高中物理阶段,木板和物块叠放模型是 力学部分的重、难点,也是同学们学习过程中的 “绊脚石”,只有深入分析板块模型中遵循的物 理规律和临界条件,才能顺利求解此类问题。 一、对水平面上的板块模型的分析 1.质量为 M 的长木板B 放置在光滑水 平地面上,质量为m 的物块A 放在B 上面, 两物体之间的动摩擦因数为μ。当力F 作用 在其中一个物体上时,在F 从0开始逐渐增 大的过程中,两物体的运动情况怎样? 图1 分析:(1)如图 1所示,力 F 作用 在B 上,因为地面 是光滑的,所以只 要有力作用于B,两物体就会相对于地面运 动,当力增大到一定值时,两物体发生相对滑 动,F 有临界值F0=(M+m)a,此时a= μg。 图2 (2)如 图 2 所 示,力 F 作 用 在 A 上,两物体发生相对 滑 动 时 的 临 界 值 F0=(M+m)a,此时a=μ mg M 。 2.若水平地面是粗糙的,两物体之间的 动摩擦因数为μ1,B 与地面之间的动摩擦因 数为u2。当力F 作用在其中一个物体上时, 在F 从0开始逐渐增大的过程中,两物体的 运动情况怎样? 分析:(1)当力F 作用在A 上时,先判定 A 能否相对于地面运动。若μ1mg<μ2Mg, 则B 不动,A 相对于B 滑动,这种情况下,A 相对于B 发生相对滑动时,力 F 的临界值 F0=μ1mg。即当F≤F0时,A 不动;当F> F0时,A 相对于B 滑动,且A 的加速度a= F-μ1mg m 。B 始 终 不 动。 若 μ1mg > μ2(M+m)g,则B 也有可能相对于地面运 动。当B 相对于地面滑动时,力F 的临界值 F0=μ2(M+m)g。当A 相对于B 发生相对 滑动 时,力 F 的 临 界 值 F0'=ma,a= μ1mg-μ2(M+m)g M 。 (2)当力F 作用在B 上A、B 相对于地 面滑动时,力F 的临界值F0=μ2(M+m)g; A、B 发生相对滑动时,A 的加速度a=μ1g, 力F 的临界值F0'=(M+m)a。即当F≤ F0 时,A、B 相对于地面静止;当 F0'≥F> F0 时,A、B 相对静止且相对于地面滑动;当 F>F0'时,A、B 相对滑动。 二、对斜面体上的板块模型的分析 图3 例题 如图 3所 示,在 固 定 的倾角θ=37°的 斜面上放有质量 m=1kg的长木 板。长木板上端 置有质量 M=2kg、可视为质点的滑块 P。 滑块与木板间、木板与斜面间的动摩擦因数 均为μ=0.8,且最大静摩擦力等于滑动摩擦 力。初始时滑块与木板均保持静止状态。现 对木板施加一个沿斜面 向 上 的 恒 力 F= 42N,此恒力作用2s后撤去。已知滑块始终 未从木板上滑下,取g=10m/s2,sin37°= 0.6。求: (1)撤去力F时滑块距木板上端的距离。 (2)从撤去力F 到滑块与木板相对静止 所需的时间。 分析:在运动状态未知的情况下,先将滑 块与木板看成一个整体,通过受力分析及牛 顿第二定律求出加速度,再单独对滑块进行 分析,得出滑块的最大加速度,比较二者能否 相对静止,分析二者的运动情况。 答案:(1)7.2m。(2)0.1875s。 小结:求解板块模型类问题,需要先对木 板、物块或整体进行受力分析,根据受力情况 确定各物体的运动情况,再借助牛顿运动定 律即可完成求解。 作者单位:山东省德州市第一中学 12 基础物理 名师讲座 自主招生 2020年2月 $$