高中物理《解题手册》专题9斜面问题(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上专题九 斜面问题重点难点提示 斜面模型时中学物理中常见的物理模型之一。物理中的斜面，通常不是题目的主体，而只是一个载体，即处于斜面上的物体通常才是真正的主体由于斜面问题的千变万化，既可能光滑，也可以粗糙；既可能固定，也可以运动，即使运动，也可能匀速或变速；既可能是一个斜面，也可能是多个斜面；斜面上的物体同样五花八门，可能是质点，也可能是连接体，可能是带电小球，也可能是导体棒，因此在处理斜面问题时，要根据题目的具体条件，综合应用力学、电磁学的相关规律进行求解。习题分类解析类型一 动力学问题如图所示，物体从倾角为的斜面顶端由静止释放，它滑到底端时速度大小这V1；若它由斜面

2、顶端沿竖直方向自由落下，末速度大小为V，已知V1是V的K倍，且K1。求：物体与斜面间的动摩擦因素分析与解答：设斜面长为S，高为h，物体下滑过程受支的摩擦力为f，由于物体沿斜面匀加速下滑，设加速度为a：mgsinf= maVV11 f=mgcos所以a=g（sincos）由运动规律可知V12=2aS =2Sg（sincos）V2=2gh由题意: V1=KV解得: =(1K2)tanFF2F1a vGvaaxayF2F1GGxGyxy变式1 如图所示，在箱内的固定光滑斜面（倾角为）上用平行于斜面的细线固定一木块，木块质量为m。当箱以加速度a匀加速上升时，箱以加速度a匀加速向左时，分别求线对木块的拉

3、力F1和斜面对箱的压力F2分析与解答：a向上时，由于箱受的合外力竖直向上，重力的方向竖直向下，所以F1、F2的合力F必然竖直向上。F1=Fsin和F2=Fcos求解，得到： F1=m(g+a)sin，F2=m(g+a)cos a向左时，箱受的三个力都不和加速度在一条直线上，必须用正交分解法。可选择沿斜面方向和垂直于斜面方向进行正交分解，（同时也正交分解a），然后分别沿x、y轴列方程求出F1、F2：F1=m(gsin-acos)，F2=m(gcos+asin) 还应该注意到F1的表达式F1=m(gsin-acos)显示其有可能得负值，这意味这绳对木块的力是推力，这是不可能的。可见这里又有一个临界

4、值的问题：当向左的加速度agtan时F1=m(gsin-acos)沿绳向斜上方；当agtan时木块和斜面不再保持相对静止，而是相对于斜面向上滑动，绳子松弛，拉力为零。变式2 如图8所示，在倾角为的固定斜面C上叠放着质量分别为的物体A、B。A、B间摩擦因数为，A、C间摩擦因数为。如A、B没有相对滑动而共同沿斜面下滑A、B间摩擦力之值应为（ ）。A.零 B. C. D.分析与解答：设A、B一同沿倾角为的光滑斜面下滑，则加速度=gsin，那么，沿粗糙斜面下滑应该aa2 所以当A运动到最高处静止时，物块B还在向上减速运动，未与A相碰对A从M到最高处由动能定理有： 得： s2L/3 （2）物块A、B最终

5、紧靠一起在OM间作往复运动，从物块B开始运动至A、B一起运动到M点且速度为零的过程中，由能量转化和守恒定律有： 所以系统产生的总内能 E3mgL 变式4 如图所示，两个质量相同、大小可不计的小木块A、B分别放在倾角为37o的斜面的顶端和中点。斜面中点以上的部分是光滑的，以下部分是粗糙的，其与两个木块A、B的摩擦系数均为。开始时用手扶着A，而B由于摩擦静止在斜面的中点上。现放手使A由静止自然下滑，并与B发生完全非弹性碰撞（即碰撞后两个木块以相同的速度一起运动）。求为何值时，木块恰好在斜面底端停止运动。分析与解答：根据题意，设斜面长为2L,A与B碰撞前后的速度分别是v0和vt。根据动能定理、动量守

6、恒定律，有：mgLsin37o = mv02 mv0 =2mvt 联立可得：vt2 =gLsin37o 碰撞后，根据动能定理有：2mgLin37o - 2mgLcos37o = 0 - (2m)vt2 联立可得: = 变式5 如图所示,两个相同的质量m=0.2kg的小球用长L=0.22m的细绳连接,放在倾角为30的光滑斜面上.初始时刻,细绳拉直,且绳与斜面底边平行.在绳的中点作用一个垂直于绳沿斜面向上的恒力F=2.2N.在F的作用下两小球向上运动，小球沿F方向的位移随时间变化的关系式为s=kt2(k为恒量)。经过一段时间两个小球第一次碰撞,又经过一段时间再一次发生碰撞.由于两小球之间有粘性,每

7、一次碰撞后, 小球垂直于F方向的速度将损失0.3m/s.当力F作用了2s时,两小球发生最后一次碰撞,且不再分开.取g=10m/s2,求:（1）最后一次碰撞后,小球的加速度（2）最后一次碰撞后瞬间,小球的速度（3）整个碰撞过程中,系统损失的机械能（4）两小球相碰的总次数解：（1）对两小球整体由牛顿第二定律有 （2） 小球沿F方向的位移随时间变化的关系式为S=kt2(k为恒量) 是匀加速运动 （3） 根据功能原理： （4）假设在拉力作用的前2s内两球未发生碰撞，在2s时，小球沿F方向的分速度为,垂直于F方向的分速度为 根据动能定理： 解得： 每次碰撞后小球垂直于F方向的速度将损失0.3m/s(次)

8、4次 类型四电场中的斜面如图所示，倾角为300的直角三角形底边长为2L，底边处在水平位置，斜边为光滑绝缘导轨。现在底边中点O处固定一正电荷Q，让一个质量为m的带负电的点电荷q从斜面顶端A沿斜面滑下(始终不脱离斜面)。已测得它滑到仍在斜边上的垂足D处的速度为v，问该质点滑到斜边底端C点时的速度和加速度各为多少？ 分析与解答：因，则B、C、D三点在以O为圆心的同一圆周上，是O点处点电荷Q产生的电场中的等势点，所以，q由D到C的过程中电场力做功为零，由机械能守恒定律 其中 得质点在C点受三个力的作用：电场力，方向由C指向O点；重力mg，方向竖直向下；支撑力N，方向垂直于斜面向上。 根据牛顿定律，有：

9、 得 变式1 一个不带电的金属板，表面有很薄的光滑绝缘层，与水平方向成角放置。金属板上B、C两点间的距离为L，在金属板前上方的A点固定一个带电量为+Q的点电荷，金属板处在+Q电场中.已知A、B、C三点在同一竖直平面内，且AB水平，AC竖直，如图所示.将一个带电量为+q(qQ，q对原电场无影响)可看点电荷的小球，由B点无初速释放，如果小球质量为m，下滑过程中带电量不变，求：qABC(1)小球在B点的加速度（2）下滑到C点时速度。 分析与解答：（1）由于金属板处在点电荷Q形成的电场中，金属板表面的电场线与金属板表面垂直，带电小球在沿金属板下滑的过程中，所受电场力与金属板表面垂直。小球所受的合外力为

10、 ，小球在B点的加速度为（2）根据运动学公式可得，C点的速度为 类型五 复合场中的斜面 如图所示，足够长的绝缘光滑斜面AC与水平面间的夹角是（sin=0.6），放在图示的匀强磁场和匀强电场中，电场强度为E=4.0v/m,方向水平向右，磁感应强度B=4.0T,方向垂直于纸面向里，电量q=5.010-2C，质量m=0.40Kg的带负电小球，从斜面顶端A由静止开始下滑，求小球能够沿斜面下滑的最大距离。（取g=10m/s2）分析与解答：小球沿斜面下滑时受重力mg、电场力Eq、洛伦兹力f和斜面支持力N， 如图所示。小球沿斜面向下做匀加速直线运动，随速度的增加，洛伦兹力增大，直到支ACBENfEqmg持力

11、N等于零时，为小球沿斜面下滑的临界情况，有 解得v=10m/s 小球由静止开始下滑的距离为S，有 解得S=5.0m 变式1 在如图所示的区域里，存在指向纸外的磁感应强度为B=2m/q的匀强磁场；在竖直方向存在随时间交替变化的如14所示的匀强电场，电场大小E0=mg/q，已知竖直向上为正方向。一倾角为长度足够的光滑绝缘斜面竖直放置其中。斜面上一带正电小球（质量m 带电量q）从t=0时刻由静止沿斜面滑下。设第一秒内小球不会脱离斜面，求：两秒内小球离开斜面的最大距离EE00E01 2 3 4 t/sB分析与解答：在第一秒内,小球在斜面上作匀加速度直线运动由qE=mg 得加速度a=2gSin 1秒末的

12、速度V1=2gSin在第二秒内，小球作匀速园周运动， 由题意知周期为1秒。所以离斜面的最远距离为 类型六 电磁感应中的斜面问题如图所示，宽度为L的足够长的平行金属导轨MN、PQ的电阻不计，垂直导轨水平放置一质量为m电阻为R的金属杆CD，整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，导轨平面与水平面之间的夹角为，金属杆由静止开始下滑，动摩擦因数为，下滑过程中重力的最大功率为P，求磁感应强度的大小分析与解答：金属杆先加速后匀速运动，设匀速运动的速度为v，此时有最大功率，金属杆的电动势为：E=BLv 回路电流 I = 安培力 F = BIL 金属杆受力平衡，则有：mgsin= F + mgcos 重力的最

13、大功率P = mgvsin 解得：B = 变式1 一个质量m=0.1 kg的正方形金属框总电阻R=0.5 ，金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端（金属框上边与AA重合），自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端（金属框下边与BB重合），设金属框在下滑过程中的速度为v，与此对应的位移为s，那么v2s图象如图所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上.试问：（1）根据v2s图象所提供的信息，计算出斜面倾角和匀强磁场宽度d.（2）匀强磁场的磁感强度多大？金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少？（3）现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上，使金属框

14、从斜面底端BB（金属框下边与BB重合）由静止开始沿斜面向上运动，匀速通过磁场区域后到达斜面顶端（金属框上边与AA重合）.试计算恒力F做功的最小值.分析与解答： s0到s16 m由公式v22as，该段图线斜率就是线框的加速度。 a0.5 m/s2 根据牛顿第二定律 mgsinma =arcsin0.05 由图象可以看出，从线框下边进磁场到上边出磁场，线框均做匀速运动。 s=2L=2d=26-16=10m, d=L=5m 线框通过磁场时， 由v2-s图可知，s1=16 m v0=0 a1=gsin 匀加速运动 s2=10 m v1=4 m/s 匀速运动 s3=8 m 初速v1=4 m/s a3=g

15、sin 匀加速运动因此，金属框从斜面顶端滑至底端所用的时间为进入磁场前 Fmgsinma4 在磁场中运动 FmgsinF安，由上式得 F安ma4 m/s 所以， a=0.25 m/s2 F安=ma4=0.10.25 N=0.025 N 最小功WF=F安2d+mg(s1+s2+s3)sin=1.95 J 变式2 如图所示，两条光滑平行导轨相距为L，被固定在与水平面成的绝缘斜面上，导轨的电阻忽略不计。ab、cd是横放在导轨上的直导线，它们的质量均为m，电阻均为R。整个装置处于垂直于导轨所在平面向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B。现直导线ab在平行于导轨向上的恒定拉力作用下沿导轨向上匀速运动，直

16、导线cd处于静止状态，求作用在ab上的恒定拉力的功率。Babcd分析与解答：ab向上运动，ab中产生感应电动势，感应电流的方向为bacdb，cd受到沿斜面向上的安培力，并且处于静止状态，设电路中的电流为I，则有 设ab向上运动的速度为v，则有 北京学海乐苑教育研究中心 物理参考答案 6ab受到沿斜面向下的安培力，设恒定拉力为F，则有 可得F的功率 解题方法归纳与提升斜面问题是物理习题中最灵活多变的问题之一，也是高考的热点内容研究斜面上的物体，涉及知识点多，灵活性大，综合性强，对能力要求高分析和求解斜面类问题时，首先要弄清题意是属于哪类力学问题，应用什么力学规律求解最为筒捷特别关键的是对题中隐含条件的挖掘及临界状态的分析专心-专注-专业