2022届高三物理一轮复习疑难突破-水平叠加的滑块——木板模型之动态分析与临界问题.pdf
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1、-模 型 特 点 滑 块 放 置 于 木 板 上,木 板 放 置 于 水 平 桌 面 或 地 面 上。题 型 特 点:判 定 滑 块 与 木 板 是 否 发 生 相 对 滑 动,或 摩 擦 力 方 向 和 大 小 的 动 态 变 化 情 况。需 分 析 处 理 临 界 或 极 值 问 题。1.有 些 题 目 中 有“刚 好”、“恰 好”、“正 好”等 字 眼,明 显 表 明 题 述 的 过 程 存 在 着 临 界 点;2.若 题 目 中 有“取 值 范 围”、“多 长 时 间”、“多 大 距 离”等 词 语,表 明 题 述 的 过 程 存 在 着“起 止 点”,而 这 些 起 止 点 往 往
2、就 对 应 临 界 状 态;3.若 题 目 中 有“最 大”、“最 小”、“至 多”、“至 少”等 字 眼,表 明 题 述 的 过 程 存 在 着 极 值,这 个 极 值 点 往 往 是 临 界 点;4.若 题 目 要 求“最 终 加 速 度”、“稳 定 速 度”等,即 是 求 收 尾 加 速 度 或 收 尾 速 度。三.题 型 难 点 是 对 摩 擦 力 的 理 解,相 关 必 会 知 识 如 下:1.两 种 摩 擦 力 的 比 较 2.动 摩 擦 因 数 名 称 项 静 摩 擦 力 滑 动 摩 擦 力 定 义 两 相 对 静 止 的 物 体 间 的 摩 擦 力 两 相 对 运 动 的 物
3、体 间 的 摩 擦 力 产 生 条 件 接 触 面 粗 糙 接 触 处 有 压 力 两 物 体 间 有 相 对 运 动 趋 势 接 触 面 粗 糙 接 触 处 有 压 力 两 物 体 间 有 相 对 运 动 大 小(XFfWFfm F f=/FN方 向 与 受 力 物 体 相 对 运 动 趋 势 的 方 向 相 反 与 受 力 物 体 相 对 运 动 的 方 向 相 反 作 用 效 果 总 是 阻 碍 物 体 间 的 相 对 运 动 趋 势 总 是 阻 碍 物 体 间 的 相 对 运 动(1)定 义:彼 此 接 触 的 物 体 发 生 相 对 运 动 时,摩 擦 力 和 正 压 力 的 比 值
4、.公 式“=言.(2)决 定 因 素:接 触 面 的 材 料 和 粗 糙 程 度.3、注 意 易 错 点:(1)摩 擦 力 的 方 向 总 是 与 物 体 间 相 对 运 动(或 相 对 运 动 趋 势)的 方 向 相 反,但 不 一 定 与 物 体 的 运 动 方 向 相 反.(2)摩 擦 力 总 是 阻 碍 物 体 间 的 相 对 运 动(或 相 对 运 动 趋 势),但 不 一 定 阻 碍 物 体 的 运 动,即 摩 擦 力 可 以 是 阻 力,也 可 以 是 动 力.(3)受 静 摩 擦 力 作 用 的 物 体 不 一 定 静 止,但 一 定 与 施 力 物 体 保 持 相 对 静 止
5、.4、判 断 摩 擦 力 的 方 法(1)假 设 法 无 相 对 运 匚 上 无 静 摩|假 设 物 体 间 接 触 面 光 滑.不 发 生 相 对 滑 动 发 生 相 对 有 相 对 运 口 有 静 摩 滑 动 厂|动 趋 势 口 牌 力 方 向 与 相|对 运 动 趋|)势 的 方 向,1相 反(2)运 动 状 态 法 此 法 关 键 是 先 确 定 物 体 的 运 动 状 态,再 利 用 平 衡 条 件 或 牛 顿 第 二 定 律 确 定 静 摩 擦 力 的 有 无 及 方 向.(3)牛 顿 第 三 定 律 法“力 是 物 体 间 的 相 互 作 用”,先 确 定 受 力 较 少 的 物
6、 体 是 否 受 到 静 摩 擦 力 及 方 向,再 根 据 牛 顿 第 三 定 律 确 定 另 一 物 体 是 否 受 到 静 摩 擦 力 及 方 向.四、例 题 精 讲 例 1:如 图 所 示,物 体 Z 叠 放 在 物 体 8 上,8 置 于 光 滑 水 平 面 上,A,5 质 量 分 别 为=6kg、=2kg,A.8 之 间 的 动 摩 擦 因 数=0.2,开 始 时 尸=10N,此 后 逐 渐 增 大,在 增 大 到 45N的 过 程 中,贝!I()A.当 拉 力 R12N时,物 体 均 保 持 静 止 状 态 4 _”B.两 物 体 开 始 没 有 相 对 运 动,当 拉 力 超
7、过 12N时,开 始 _ 月 _相 对 滑 动 C.两 物 体 从 受 力 开 始 就 有 相 对 滑 动 D.两 物 体 始 终 没 有 相 对 滑 动【常 见 错 误 解 析】AB间 最 大 静 摩 擦 力 是 12N,所 以 只 要 拉 力 超 过 12N时,两 物 体 就 开 始 相 对 滑 动【错 因 分 析】把 本 题 的 情 景 当 成 A 放 在 地 面 时 的 情 景 分 析 处 理,实 际 上,A 对 B 的 摩 擦 力 使 A 相 对 地 面 加 速 运 动,拉 力 超 过 12N时,AB间 静 摩 擦 力 可 能 会 小 于 最 大 静 摩 擦 力 12N,从 而 使
8、AB保 持 相 对 静 止。【正 确 解 法】当 从 8 间 达 最 大 静 摩 擦 力 时 两 者 开 始 相 对 滑 动,以 8 为 研 究 对 象,设 临 界 加 速 度 为 a,由 牛 顿 第 二 定 律 得:umAg=niBa,得 a=6m/s2。由 整 体 法 得:4(应+&)a=48N,所 以 厂 增 大 到 45N的 过 程 中,两 物 体 始 终 没 相 对 滑 动。答 案:D例 2:如 图 所 示,质 量 分 别 为 10kg和 5 k g的 长 方 形 物 体 A和 B静 止 叠 放 在 水 平 桌 面 上.A与 桌 面 以 及 A、B间 动 摩 擦 因 数 分 别 为
9、U 1=0.1和 口 2=0.6,设 最 大 静 摩 擦 力 等 于 滑 动 摩 擦 力.现 用 一 个 水 平 作 用 力 F 作 用 在 B上,求 能 使 AB之 间 发 生 相 对 滑 动 的 F 的 最 小 值(g=10N/kg)o【常 见 错 误 解 析】一 B A与 桌 面 间 最 大 静 摩 擦 力 为 M(町+,)g=15N 止 一 AB间 最 大 静 摩 擦 力 为 2,%g=3 0 N,所 以 有:O W/W IS N 时,A、B都 相 对 桌 面 静 止;1 5 3()N 时,A、B相 对 滑 动,所 以 使 AB之 间 发 生 相 对 滑 动 的 F 的 最 小 值 为
10、 30N【错 因 分 析】当 0 W E W 1 5 N时,A、B 都 相 对 桌 面 静 止,都 处 于 平 衡 状 态,根 据 受 力 分 析、平 衡 条 件 和 牛 顿 第 三 定 律,AB间 静 摩 擦 力 大 小、A与 桌 面 音 的 静 摩 擦 力 大 小 与 F 大 小 相 等,随 F 的 增 大 而 增 大。但 当 F 大 于 15N时,AB平 衡 状 态 被 破 坏,AB间 的 摩 擦 力 大 小 不 再 与 F 相 等,而 是 小 于 F。假 设 F=35N时,AB能 相 对 静 止,AB间 静 摩 擦 力 大 小 设 为 人 8,根 据 牛 顿 第 二 定 律,对 AB整
11、 体 有:/一/4(町+?)8=(班+mJ。对 B有:F-fAB=m2a 联 立 两 式 得:/相=28.3 N,小 于 3 0 N,假 设 成 立,即 F=35N时,AB仍 一 起 加 速 运 动,A B间 无 相 对 滑 动。【正 确 解 法】正 确 解 法 一:临 界 条 件 法 比 较 静 摩 擦 力 与 最 大 静 摩 擦 力 设 A、B 的 质 量 分 别 为 皿、m2,AB恰 好 没 发 生 相 对 滑 动 时 加 速 度 为 a,对 A 进 行 受 力 分 析,A 达 到 最 大 加 速 度 时:2加 2 g-l(町+“2)g=町。AB恰 好 没 发 生 相 对 滑 动 时,对
12、 A、B 整 体 进 行 受 力 分 析:(仍+/%)g=(g+祖 2)“联 立 并 代 入 数 据 得:F=37.5N因 此,AB之 间 发 生 相 对 滑 动 的 F 的 最 小 值 为 3 7.5N.正 确 解 法 二:用 不 等 式 法 比 较 加 速 度设 A、B的 加 速 度 分 别 为 a、a2,根 据 牛 顿 第 二 定 律,A 的 最 大 加 速 度:(叫+啊)ga 一 对 B 有:F,一 尸 一 2恤 g叫 当 aWaz时,AB一 定 相 对 滑 动,解 得 F 37.5N。因 此,使 AB之 间 发 生 相 对 滑 动 的 F 最 小 值 为 3 7.5N【解 题 思 路
13、 总 结】(1)比 较 二 者 间 静 摩 擦 力 f 和 最 大 静 摩 擦 力 fw先 整 体 求 a 再 隔 离 求 f。如 果:fW fm ax,一 直 共 速,整 体 法;如 果:f fm ax,不 存 在,定 会 相 对 滑 动,隔 离 法(2)比 较 加 速 度 比 较 共 同 加 速 度 a 共 和 最 大 静 摩 擦 力 f皿 作 用 下 A的“先 整 体 求 a 共,再 隔 离 求 j o 如 果:a 共 Waax,一 直 共 速;如 果:a Q j,相 对 滑 动 注 意 临 界 点:板、块 之 间 的 摩 擦 力 达 到 最 大 静 摩 擦 力,如 果 力 F 作 用
14、在 A上,则 B有 最 大 加 速 度 度;如 果 力 F作 用 在 B上,则 A有 最 大 加 速 度(3)借 助 图 像 分 析 处 理。设 F从 0开 始 逐 渐 增 大,画 出 A、B受 到 的 摩 擦 力 随 F变 化 的 图 像。变 式 训 练、如 图 所 示,质 量 分 别 为 10kg和 5 k g的 长 方 形 物 体 A 和 B 静 止 叠 放 在 水 平 桌 面 上.A与 桌 面 以 及 A、B 间 动 摩 擦 因 数 分 别 为 Pl=0.1和 P2=0.6,和,设 最 大 静 摩 擦 力 等 于 滑 动 摩 擦 力.现 用 一 个 水 平 作 用 力 F 作 用 在
15、A 上,求 能 使 A B之 间 发 生 相 对 滑 动 的 F 的 最 小 值(g=10N/kg)答 案:1 0 5 N 思 路 与 例 2 同。2五.举 一 反 三,巩 固 训 练 1.如 图 所 示,A、B 两 物 块 叠 放 在 一 起,B 受 到 一 水 平 向 左 的 作 用 力 尸,4、B 在 粗 糙 的 水 平 地 面 上 保 持 相 对 静 止 地 向 右 做 直 线 运 动,在 向 右 运 动 的 过 程 中,下 列 关 于 A、8 所 受 到 的 摩 擦 力 的 说 法 正 确 的 是()A.A 受 到 水 平 向 右 的 摩 擦 力 B.A 不 受 摩 擦 力 作 用
16、C.8 受 到 地 面 水 平 向 左 的 摩 擦 力 D.8 可 能 不 受 地 面 的 摩 擦 力 作 用 2.(多 选)如 图 所 示,长 木 板 A 与 物 体 8 叠 放 在 水 平 地 面 上,物 体 与 木 板 左 端 立 柱 间 放 置 水 平 轻 质 弹 簧,在 水 平 外 力 厂 作 用 下,木 板 和 物 体 都 静 止 不 动,弹 簧 处 于 压 缩 状 态.将 外 力 下 缓 慢 减 小 到 零,物 体 始 终 不 动,在 此 过 程 中()A.弹 簧 弹 力 不 变 B.物 体 8 所 受 摩 擦 力 逐 渐 减 小 C.物 体 B 所 受 摩 擦 力 始 终 向
17、左 D.木 板 4 所 受 地 面 的 摩 擦 力 逐 渐 减 小 3.如 图 所 示,甲、乙 两 物 块 质 量 相 同,静 止 放 在 水 平 地 面 上.甲、乙 之 间、乙 与 地 面 间 的 动 摩 擦 因 数 均 相 同,现 对 甲 施 加 一 水 平 向 右 的 由 零 开 始 不 断 增 大 的 水 平 拉 力 产(物 体 间 最 大 静 摩 擦 力 等 于 滑 动 摩 擦 力),则 经 过 一 段 时 间 后()A.甲 相 对 于 乙 会 发 生 相 对 滑 动 甲 _ FB.乙 相 对 于 地 面 会 发 生 相 对 滑 动 IC.甲 相 对 乙 不 会 发 生 相 对 滑
18、动,“,D.甲 相 对 于 乙、乙 相 对 于 地 面 均 不 会 发 生 相 对 滑 动 4.如 图 所 示,物 块 力 放 在 木 板 8 上,4、6 的 质 量 均 为 勿 4、8 之 间 的 动 摩 擦 因 数 为,B 与地 面 之 间 的 动 摩 擦 因 数 为 若 将 水 平 力 作 用 在 4 上,使 4 刚 好 要 相 对 6 滑 动,此 时/的 加 0速 度 为 四;若 将 水 平 力 作 用 在 8 上,使 6 刚 好 要 相 对/滑 动,此 时 8 的 加 速 度 为 a,则 团 与 为 的 比 为()A.1:1C.1:3B.2:3D.3:25.(多 选)(2014年 高
19、 考 江 苏 卷)如 图 所 示,A、B 两 物 块 的 质 量 分 别 为 2 m 和 m,静 止 叠 放 在 水 平 地 面 上,A、B 间 的 动 摩 擦 因 数 为 口,B 与 地 面 间 的 动 摩 擦 因 数 为 口/2,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 FV211mg时,A、B 都 相 对 地 面 静 止-B.当 F=5pmg/2时,A 的 加 速 度 为 ug/3”*C.当 F 3 P m g 时,A 相 对 B 滑 动.XD.无 论 F 为 何 值,B 的 加 速 度 不
20、会 超 过 N g/26.(多 选)质 量 为 阳 和 恤 的 甲、乙 两 本 书 叠 放 在 水 平 桌 面 上。已 知 甲、乙 间 动 摩 擦 因 数 为 W,乙 书 与 桌 面 间 动 摩 擦 因 数 为 2。推 力 尸 作 用 在 甲 书 上,设 最 大 静 摩 擦 力 等 于 滑 动 摩 擦 力,下 列 说 法 正 确 的 是()A.若 川 3 孙 g,甲 书 就 能 相 对 乙 书 运 动,_,B.若 1 2,只 要 F 川 向 g,甲 书 就 能 相 对 乙 书 运 动.ID.若 1 2,只 要 F 20l+,”2)g,乙 书 就 能 运 动 7.(多 选)(2016 江 苏 物
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