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典例1、木板M静止在光滑水平面上,木板上放着一种小滑块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,求下列状况下力F的大小范围。
F
M
m
m
F
M
2025/5/11
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加速度仍相似。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
因此,F的大小范围为:F>μ(M+m)g
M
fm
F
m
fm
M
fm
F
m
fm
(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
因此,F的大小范围为:F>μ(M+m)mg/M
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运动学条件判断法:先求出不受外力F作用的那个物体的最大临界加速度,再用假设法求出在外力F作用下滑块和滑板整体的加速度,最终把滑块和滑板的整体加速度与不受外力F作用的那个物体的最大临界加速度进行大小比较。若滑块与滑板整体的加速度不不小于(不不小于或等于)滑块的最大加速度,即 ,两者之间就不发生相对滑动,反之两者之间就会发生相对滑动。
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典例2、如图,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。=kt(k是常数),
变式训练、如图所示,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间的动摩擦因数为μ,B与地面间的动摩擦因数为 ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,现对A施加一水平拉力F,则( )
A.当F< 时,A、B都相对地面静止
B.当F= 时,A的加速度为
C.当F> 时,A相对B滑动
D.无论F为何值,B的加速度不会超过
答案:BCD
典例3、如图甲所示,在水平地面上有一长木板B,其上叠放木块A,假定木板与地面之间、木块和木板之间的最大静摩擦力都和滑动摩擦力相等.用一水平力F作用于B,A、B的加速度与F的关系如图乙所示,重力加速度g取10 m/s2,则下列说法中对的的是( )
A. kg
B. kg
C.
D.A、
AC
解析:当F≤3 N时,A、B均静止,表明B与地面间最大静
摩擦力为3 N;当3 N<F≤9 N时,A、B一起以相似加速度
运动,
,由图象斜率知
mA+mB= kg,B与地面间的动摩擦因数为μ2=
=;当F>9 N时,A的加速度为aA=μ1g,根据图象可
μ1=,B的加速度为 ,
由图象斜率知mB=1 kg,mA= kg,A、C对.故选AC.
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典例4、质量m=1kg的滑块放在质量为M=2kg的长木板左端,木板放在光滑的水平面上,,木板长L=,开始时两者都处在静止状态,如图,试求: (1)用水平力F0拉小滑块,使小滑块与木板以相似的速度一起滑动,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=,力F应为多大?((取g=10m/s2).
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(2)将滑块从木板上拉出时,木板受滑动摩擦力f=μmg,此时木板的加速度a2为 a2=f/M=μmg/M =. 由匀变速直线运动的规律,有(m与M均为匀加速直线运动)木板位移 x2= ½a2t2 ① 滑块位移 x1= ½a1t2 ② 位移关系 x1-x2=L ③ 将①、②、③式联立,解出a1= 对滑块,由牛顿第二定律得:F-μmg=ma1 因此 F=μmg+ma1=
x2
x1
L
F
f
f
解析:(1)对木板M,水平方向受静摩擦力f向右,当f=fm=μmg时,M有最大加速度,此时对应的F0即为使m与M一起以共同速度滑动的最大值。 对M,最大加速度aM,由牛顿第二定律得:aM= fm/M=μmg/M =1m/s2
要使滑块与木板共同运动,m的最大加速度am=aM,
对滑块有F0-μmg=mam 因此 F0=μmg+mam=
(3)将滑块从木板上拉出的过程中,系统产生的热量为:
解析:(1)对木板M,水平方向受静摩擦力f向右,当f=fm=μmg时,M有最大加速度,此时对应的F0即为使m与M一起以共同速度滑动的最大值。 对M,最大加速度aM,由牛顿第二定律得:aM= fm/M=μmg/M =1m/s2
要使滑块与木板共同运动,m的最大加速度am=aM,
对滑块有F0-μmg=mam 因此 F0=μmg+mam=
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(1)A、B之间的最大静摩擦力为
fm>μ1mg=×1×10 N=3 N
假设A、B之间不发生相对滑动,则
对A、B整体:F=(M+m)a
对A:fAB=Ma
解得:fAB= N
因fAB<fm,故A、B之间不发生相对滑动.
(2)对B:F-μ1mg=maB
对A:μ1mg-μ2(M+m)g=MaA
据题意:xB-xA=L
xA=2(1)aAt2;xB=2(1)aBt2
解得:t= s.
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