(物理)物理牛顿运动定律的应用易错剖析含解析
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(物理)物理牛顿运动定律的应用易错剖析含解析
一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用
1.传送带与平板紧靠在一起,且上表面在同一水平面内,两者长度分别为L 1=2.5 m 、L 2=2 m .传送带始终保持以速度v 匀速运动.现将一滑块(可视为质点)轻放到传送带的左端,然后平稳地滑上平板.已知:滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,滑块与平板、平板与支持面的动摩擦因数分别为μ1=0.3、μ2=0.1,滑块、平板的质量均为m =2 kg ,g 取10 m/s 2.求:
(1)若滑块恰好不从平板上掉下,求滑块刚滑上平板时的速度大小; (2)若v =6 m/s ,求滑块离开平板时的速度大小. 【答案】(1)4/m s (2)3.5/m s 【解析】 【详解】
(1)滑块在平板上做匀减速运动,加速度大小:a 1=1mg
m
μ=3 m/s 2
由于μ1mg>2μ2mg
故平板做匀加速运动,加速度大小:a 2=
122mg mg
m
μμ-⨯=1 m/s 2
设滑块滑至平板右端用时为t ,共同速度为v′,平板位移为x ,对滑块: v′=v -a 1t(1分)
L 2+x =vt -12
a 1t 2 对平板:v′=a 2t
x =
12
a 2t 2 联立以上各式代入数据解得:t =1 s ,v =4 m/s. (2)滑块在传送带上的加速度:a 3=
mg
m
μ=5 m/s 2
若滑块在传送带上一直加速,则获得的速度为: v 1112a L 5 m/s<6 m/s 即滑块滑上平板的速度为5 m/s
设滑块在平板上运动的时间为t′,离开平板时的速度为v″,平板位移为x′ 则v″=v 1-a 1t′ L 2+x′=v 1t′-1
2
a 1t′2 x′=
1
2
a 2t′2
联立以上各式代入数据解得:t′1=1
2
s ,t′2=2 s(t′2>t ,不合题意,舍去) 将t′=
1
2
s 代入v″=v -a 1t′得:v″=3.5 m/s.
2.如图所示,倾角α=30°的足够长传送带上有一长L=1.0m ,质量M=0.5kg 的薄木板,木板的最右端叠放质量为m=0.3kg 的小木块.对木板施加一沿传送带向上的恒力F ,同时让传送带逆时针转动,运行速度v=1.0m/s 。已知木板与物块间动摩擦因数μ1=3
,木板与传送带间的动摩擦因数μ2=
3
,取g=10m/s 2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
(1)若在恒力F 作用下,薄木板保持静止不动,通过计算判定小木块所处的状态; (2)若小木块和薄木板相对静止,一起沿传送带向上滑动,求所施恒力的最大值F m ; (3)若F=10N ,木板与物块经过多长时间分离?分离前的这段时间内,木板、木块、传送带组成系统产生的热量Q 。
【答案】(1)木块处于静止状态;(2)9.0N (3)1s 12J 【解析】 【详解】
(1)对小木块受力分析如图甲:
木块重力沿斜面的分力:1
sin 2
mg mg α=
斜面对木块的最大静摩擦力:13
cos 4
m f mg mg μα== 由于:sin m f mg α> 所以,小木块处于静止状态;
(2)设小木块恰好不相对木板滑动的加速度为a ,小木块受力如图乙所示,则
1cos sin mg mg ma μαα-=
木板受力如图丙所示,则:()21sin cos cos m F Mg M m g mg Ma αμαμα--+-= 解得:()9
9.0N 8
m F M m g =
+=
(3)因为F=10N>9N ,所以两者发生相对滑动
对小木块有:2
1cos sin 2.5m/s a g g μαα=-=
对长木棒受力如图丙所示
()21sin cos cos F Mg M m g mg Ma αμαμα--+-'=
解得24.5m/s a =' 由几何关系有:221122
L a t at =-' 解得1t s =
全过程中产生的热量有两处,则
()2121231cos cos 2Q Q Q mgL M m g vt a t μαμα⎛⎫
=+=+++ ⎪⎝⎭
解得:12J Q =。
3.如图所示,有1、2、3三个质量均为m =1kg 的物体,物体2与物体3通过不可伸长轻绳连接,跨过光滑的定滑轮,设长板2到定滑轮足够远,物体3离地面高H =5.75m , 物体1与长板2之间的动摩擦因数μ=O .2.长板2在光滑的桌面上从静止开始释放,同时物体1(视为质点)在长板2的左端以v =4m/s 的初速度开始运动,运动过程中恰好没有从长板2
的右端掉下.(取g =10m/s²)求: (1)长板2开始运动时的加速度大小; (2)长板2的长度0L ;
(3)当物体3落地时,物体1在长板2的位置.
【答案】(1)26m /s (2)1m (3)1m 【解析】 【分析】 【详解】 设向右为正方向
(1)物体1: -μmg = ma 1 a 1=–μg = -2m/s 2 物体2:T +μmg = ma 2 物体3:mg –T = ma 3 且a 2= a 3
由以上两式可得:22
g g
a μ+=
=6m/s 2 (2)设经过时间t 1二者速度相等v 1=v +a 1t=a 2t 代入数据解t 1=0.5s v 1=3m/s
1
12
v v x t +=
=1.75m 122
v t
x =
=0.75m 所以木板2的长度L 0=x 1-x 2=1m
(3)此后,假设物体123相对静止一起加速 T =2m a mg —T =ma 即mg =3m a 得3
g a =
对1分析:f 静=ma =3.3N >F f =μmg =2N ,故假设不成立,物体1和物体2相对滑动 物体1: a 3=μg =2m/s 2 物体2:T —μmg = ma 4 物体3:mg –T = ma 5 且a 4= a 5 得:42
g g
a μ-=
=4m/s 2