高中物理必修一牛頓運動定律專題46動力學(xué)中的滑塊木板模型

1、高中物理必修一牛頓運動定律專題-動力學(xué)中的滑塊-木板模型一、單選題（本大題共6小題，共24.0分）1. 如圖所示，木塊A、B靜止疊放在光滑水平面上，A的質(zhì)量為m，B的質(zhì)量為2m.現(xiàn)施水平力F拉B（如圖甲），A、B剛好不發(fā)生相對滑動，一起沿水平面運動若改用水平力F拉A（如圖乙），使A、B也保持相對靜止，一起沿水平面運動，則F不得超過(  )  A. FB. 2FC. 3 FD. F22. 如圖甲所示，靜止在光滑水平面上的長木板B(長木板足夠長)的左端放著小物塊A某時刻，A受到水平向右的外力F作用，F(xiàn)隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，即F=kt，其中k為已知常數(shù)若物體之間

2、的滑動摩擦力(f)的大小等于最大靜摩擦力，且A、B的質(zhì)量相等，則下列圖中可以定性地描述長木板B運動的v-t圖象的是() A. B.  C.  D.  3. 如圖所示，繃緊的長為6m的水平傳送帶，沿順時針方向以恒定速率v12m/s運行。一小物塊從與傳送帶等高的光滑水平臺面滑上傳送帶，其速度大小為v2=5m/s。若小物塊與傳送帶間動摩擦因數(shù)0.2，重力加速度g10m/s。下列說法中正確的是(        )A. 小物塊在傳送帶上先向左做勻減速直線運動，然后向右做勻加速直線運動B. 若傳送帶的速度為1m/s，小物塊將從傳送帶左端

3、滑出C. 若傳送帶的速度為5m/s，小物塊將以5m/s的速度從傳送帶右端滑出D. 若小物塊的速度為4m/s，小物塊將以4m/s的速度從傳送帶右端滑出4. 如圖，質(zhì)量m10kg的物塊甲與質(zhì)量為M4kg長木板（足夠長）乙，靜止于水平地面上，已知甲、乙之間動摩擦因數(shù)10.1，地面和長木板之間動摩擦因數(shù)20.2，若將木板乙從物塊甲下面抽出，則力F應(yīng)滿足條件（      ）A. F>28NB. F>38NC. F38ND. F>42N5. 如圖所示，在光滑的水平面上，疊放著兩個質(zhì)量分別為m、M的物體(mM)，用一水平恒力作用在m物體上，兩物體相對靜止地向右

4、運動，現(xiàn)把此水平力作用在M物體上，則以下說法正確的是A. 兩物體間的摩擦力大小不變B. m受到的合外力與第一次相同C. M受到的摩擦力增大D. 兩物體間可能有相對運動6. 如圖，質(zhì)量m10kg的物塊甲與質(zhì)量為M4kg長木板乙（足夠長），靜止于水平地面上，已知甲、乙之間動摩擦因數(shù)10.1，地面和長木板之間動摩擦因數(shù)20.2，若將木板乙從物塊甲下面抽出，則力F應(yīng)滿足條件（  ）A. F>28NB. F>38NC. F38ND. F>42N二、多選題（本大題共2小題，共8.0分）7. 如圖所示，水平傳送帶左右兩端相距L=3.5m，物體A以水平速度v=4m/s滑上傳送帶左端

5、，物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)=0.1。設(shè)A到達傳送帶右端時的瞬時速度為v，g=10m/s2，則下列說法正確的是 A. 若傳送帶的速度等于2m/s，物體一直做減速運動；B. 若傳送帶的速度等于3.5m/s，v一定等于3m/s；C. 若v等于3m/s，傳送帶一定不能沿順時針方向轉(zhuǎn)動；D. 若v等于3m/s，傳送帶可能靜止，也可能沿逆時針或順時針方向運動；8. 一足夠長的輕質(zhì)綢帶置于光滑水平地面上，綢帶上放著質(zhì)量分別為mA1 kg和mB2 kg的A、B兩物塊，A、B與綢帶之間的動摩擦因數(shù)都為0.2，水平恒力F作用在A物塊上，如圖所示(重力加速度g取10 m/s2)，若A、B與綢帶之間的最大靜摩擦力

6、等于滑動摩擦力，則當(dāng)F逐漸增大時，A、B的加速度aA和aB隨F變化的圖象正確的是(   ) A. B. C. D. 三、計算題（本大題共3小題，共30.0分）9. 如圖所示，質(zhì)量為M=3kg，長度為L=1m的木板靜止于水平地面上，在其最右端放一可視為質(zhì)點的木塊.已知木塊的質(zhì)量m=1kg，小木塊與長木板上表面之間、小物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)1=0.2.而長木板與地面之間的動摩擦因數(shù)2=0.4，現(xiàn)用水平恒力F拉木板(g取10m/s2，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力) (1)若將長木板M從小木塊與地面之間抽出，拉力F至少應(yīng)為多少？(2)若開始時，用F=30N的水平力作用在M上，經(jīng)

7、過多長時間小物塊m與長木板M分離？(3)若保持F=30N的水平恒力一直作用在M上，求從開始運動到3s時小物塊與長木板的左端相距多遠(yuǎn)？10. 如圖所示，長為L2.25m的水平傳送帶與平板緊靠在一起，且上表面在同一水平面，皮帶以v04.0m/s勻速順時針轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在傳送帶左端無初速地放上一質(zhì)量為m1.0kg的煤塊（可視為質(zhì)點），煤塊與傳送帶及煤塊與平板上表面之間的動摩擦因數(shù)為均為10.20，經(jīng)過一段時間煤塊被傳送到傳送帶的右端，此過程在傳送帶上留下了一段黑色痕跡，隨后煤塊平穩(wěn)滑上平板的同時，在平板右側(cè)施加一個水平向右恒力F17N，F(xiàn)作用了t01.0s時煤塊與平板速度恰好相等，此時撤去F，最終煤塊沒有

8、從平板上滑下，已知平板質(zhì)量為M4.0kg，不計空氣阻力，g10m/s2，試分析回答下列問題： （1）傳送帶上黑色痕跡的長度d？（2）平板與地面間動摩擦因數(shù)2？（3）平板長l應(yīng)滿足什么條件？（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）11. 如圖所示，質(zhì)量為M的長木板，靜止放置在粗糙水平地面上，有一個質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的物塊，以某一水平初速度從左端沖上木板從物塊沖上木板到物塊和木板達到共同速度的過程中，物塊和木板的vt圖象分別如圖中的折線acd和bcd所示，a、b、c、d點的坐標(biāo)為a(0,10)、b(0,0)、c(4,4)、d(12,0)根據(jù)vt圖象，求： (1)物塊沖上木板做勻減速直線運動的加速度大小a1，

9、木板開始做勻加速直線運動的加速度大小為a2，達相同速度后一起勻減速直線運動的加速度大小為a3；(2)物塊質(zhì)量m與長木板質(zhì)量M之比； (3)物塊相對長木板滑行的距離s.答案和解析1.【答案】D【解析】【分析】 物體A與B剛好不發(fā)生相對滑動的臨界條件是A、B間的靜摩擦力達到最大值，可以先對A或B受力分析，再對整體受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解。 本題關(guān)鍵抓住恰好不滑動的臨界條件，然后靈活地選擇研究對象，運用牛頓第二定律列式求解。 【解答】力F拉物體B時，A、B恰好不滑動，故A、B間的靜摩擦力達到最大值，對物體A受力分析，受重力mg、支持力N1、向前的靜摩擦力fm，根據(jù)牛頓第二定律，有fm=

10、ma，對A、B整體受力分析，受重力3mg、支持力和拉力F，根據(jù)牛頓第二定律，有F=3ma由解得：,當(dāng)F1作用在物體A上時，A、B恰好不滑動時，A、B間的靜摩擦力達到最大值，對物體A，有F1-fm=ma1, 對整體，有：F1=3ma1, 由上述各式聯(lián)立解得： 即F1的最大值是,故D正確，ABC錯誤。 故選D。 2.【答案】B【解析】選AB整體為研究對象，AB整體具有共同的最大加速度，有牛頓第二定律 得：a1=對B應(yīng)用牛頓第二定律：a1=對A應(yīng)用牛頓第二定律：a1=經(jīng)歷時間：t=由以上解得：t=此后，B將受恒力作用，做勻加速直線運動，圖線為傾斜的直線故選B3.【答案】B【解析】【分析】分析物塊的受

11、力情況來判斷其運動情況，根據(jù)牛頓第二定律求出物塊運動的加速度，再速度位移公式求出物塊滑傳送帶時的速度。本題的解題關(guān)鍵要分析出小物塊的受力情況判斷物體的運動情況，可結(jié)合v-t圖象分析物體向左通過的最大位移?！窘獯稹緼.小物塊在傳送帶上先向左做勻減速直線運動，設(shè)加速度大小為a，速度減至零時通過的位移為x。根據(jù)牛頓第二定律得：mg=ma，得 a=g=2m/s2，則，所以小物塊將從傳送帶左端滑出，不會向右做勻加速直線運動，故A錯誤；BCD.傳送帶的速度為1m/s、4m/s和5m/s時，物塊在傳送帶上受力情況相同，則運動情況相同，都從從傳送帶左端滑出，故B正確，CD錯誤；故選B。4.【答案】D【解析】【

12、分析】本題屬于動力學(xué)中的滑塊模板模型中的極值問題，利用牛頓第二定律和分離的條件即可解答。解決本題的關(guān)鍵是模板所受的摩擦力的分析?！窘獯稹坑膳ｎD第二運動定律可得：對于甲，此時木板乙，若將木板乙從物塊甲下面抽出，需要滿足，綜上解得：，故D正確。5.【答案】B【解析】【分析】用一水平力作用在m物體上，二物體相對靜止地向右運動通過整體法和隔離法求出兩者之間的摩擦力大小，當(dāng)水平力作用在M物體上，假設(shè)保持相對靜止，通過整體隔離法判斷是否發(fā)生相對滑動，從而得出兩者之間摩擦力的變化。本題的關(guān)鍵是運用整體法和隔離法對變化前后物體的受力作出分析，結(jié)合牛頓第二定律分析解題。【解答】 AB.當(dāng)作用于m上時，

13、將兩者看做一個整體有： 分析m有：，所以解得當(dāng)作用于M上時，將兩者看做一個整體有：分析m有：，故可知，變化后，摩擦力減小了，但是m受到的合力不變，A錯誤，B正確；C.M受到的摩擦力和m受到的摩擦力是一對相互作用力，故大小相等，所以M的摩擦力也減小了，C錯誤； D.m的合力不變，所以仍舊能相對靜止運動，D錯誤。 故選B。6.【答案】D【解析】【分析】本題屬于動力學(xué)中的滑塊模板模型中的極值問題，利用牛頓第二定律和分離的條件即可解決。要使木板乙從物塊甲下面抽出，乙的加速度必須大于甲的加速度，對甲乙受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求得?！窘獯稹坑膳ｎD第二運動定律，對于甲有：，解

14、得：，對木板乙有：，若將木板乙從物塊甲下面抽出，需要滿足，聯(lián)立解得：，故D正確，ABC錯誤。故選D。7.【答案】AD【解析】【分析】根據(jù)牛頓第二定律求出A物塊在傳送帶上的加速度，結(jié)合運動學(xué)公式求出物塊一直做勻減速直線運動到達右端的速度，通過與傳送帶的速度比較，分析物塊的運動規(guī)律，通過牛頓第二定律和運動學(xué)公式進行求解。解決本題的關(guān)鍵通過物體的受力判斷出物體滑上傳送帶的運動情況，結(jié)合牛頓第二定律和運動學(xué)公式進行求解。【解答】A.物塊勻減速直線運動的加速度大小a=g=1m/s2，根據(jù)，知傳送帶的速度等于2m/s時，物塊一直做勻減速直線運動，故A正確；B.當(dāng)傳送帶的速度等于3.5m/s，若傳送帶順時針

15、方向轉(zhuǎn)動，物塊先做勻減速直線運動，再做勻速直線運動，到達右端的速度為3.5m/s，故B錯誤；CD.若到達右端的速度為v=3m/s，傳送帶可能做逆時針轉(zhuǎn)動，也可能順時針轉(zhuǎn)動，順時針轉(zhuǎn)動時，傳送帶的速度需小于等于3m/s，故C錯誤，D正確；故選AD。8.【答案】BD【解析】【分析】根據(jù)滑動摩擦力公式求出A、B與木板之間的最大靜摩擦力，比較拉力和最大靜摩擦力之間的關(guān)系判斷物體的運動情況，進而判斷物體所受摩擦力的情況，根據(jù)牛頓第二定律求出B的加速度和A的加速度變化情況。本題以常見的運動模型為核心，考查了摩擦力、牛頓第二定律、隔離法與整體法的應(yīng)用等知識，解決的關(guān)鍵是正確對三個物體進行受力分析。【解答】A

16、與木板間的最大靜摩擦力為：fA=mAg=0.2×1kg×10m/s2=2N，B與木板間的最大靜摩擦力為：fB=mBg=0.2×2kg×10m/s2=4N，輕質(zhì)木板受到的最大摩擦力為：f=fA=2NfB，故輕質(zhì)木棒與物體B一直加速運動，產(chǎn)生的最大加速度為：，此時對A分析，F(xiàn)-fA=ma，解得：F=3N，當(dāng)F3N，AB一起做加速運動，加速度為：=，當(dāng)F3N時，A與木板發(fā)生滑動，此時A的加速度為：，此時B的加速度恒定，故BD正確，AC錯誤。故選：BD。9.【答案】解（1）根據(jù)牛頓第二定律得：對m：1mg=ma對M：F-1mg-2（M+m）g=Ma則：F=（1+

17、2）（M+m）g代入數(shù)據(jù)解得F =24N所以拉力F至少應(yīng)為24N；（2）對m：1mg=ma1，得a1=2m/s2對M：F-1mg-2（M+m）g=Ma2解得：a2=4m/s2當(dāng)小物塊m與長木板M分離時有L=12a2t212a1t2 解得：t=1s（3）當(dāng)t0=1s時兩物體分離時的速度分別為：  v1=a1t=2×1=2m/s，v2=a2t=4×1=4m/s以后兩物體的加速度分別為：-1mg=ma3，得a3=2m/s2F-2Mg=Ma4，得a4=6m/s2小物塊從分離到停止運動所用時間：t=0v1a3=22s=1s<(3s1s)=2s說明小

18、物塊在給定的時間內(nèi)已停止運動；從分離開始，小物塊向前運動的位移為：x1=v1+02·t=1m長木板向前運動的位移為：x2=v2(tt0)12a4(tt0)2代入數(shù)據(jù)解得x2=20mt=3s時兩物體相距為：x=x2-x1=19m。答：（1）若將長木板M從小木塊與地面之間抽出，拉力F至少應(yīng)為24N；（2）若開始時，用F=30N的水平力作用在M上，經(jīng)過1s時間小物塊m與長木板M分離；（3）若保持F=30N的水平恒力一直作用在M上，求從開始運動到3s時小物塊與長木板的左端相距19m遠(yuǎn)?！窘馕觥勘绢}是一道力學(xué)綜合題，分析清楚物體運動過程是解題的關(guān)鍵，要分析出隱含的臨界條件，應(yīng)用牛頓第二定律與運

19、動學(xué)公式可以解題。（1）當(dāng)長木板M從小木塊與地面之間剛好抽出時m與M間的靜摩擦力達到最大，運用隔離法，分別對兩個物體運用牛頓第二定律列式，即可求得拉力F的最小值；（2）由牛頓第二定律求出兩個物體的加速度，當(dāng)M、m兩個物體的位移之差等于L時物塊m與長木板M分離，由位移時間公式求時間；（3）結(jié)合上題的結(jié)果分析兩個物體的運動情況，由牛頓第二定律和運動學(xué)公式研究兩個物體分離后的速度和位移，再得到所求的結(jié)果。10.【答案】解：（1）對煤塊由牛頓第二定律有1mg=ma1得a1=2m/s2若煤塊一直加速到右端，設(shè)到右端速度為v1得v12=2a1L解得：v1=3m/s因為v1v0，所以煤塊一直加速到右端，設(shè)需

20、t1時間到右端得t1=v1a1=32st1時間內(nèi)皮帶位移：s=v0t1=6md=sL=3.75m（2）煤塊滑上平板時速度v1=3m/s，a1=2m/s2兩者速度相等有：v共=v1-a1t0=a2t0解得a2=1m/s2v共=1m/s對平板由牛頓第二定律：F+1mg-2（M+m）g=Ma2 解得：2=0.3（3）由于21，共速后煤塊將以a1勻減速到停止，而平板以a3勻減速對平板由牛頓第二定律：1mg-2（M+m）g=Ma3 得a3=134m/s2t2=0v共a301134=314s全過程平板位移：s板=0v共2(t0t2)解得s板=1726m全過程煤塊位移：s煤=v122a1=94m故板長ls煤s板1.6m。【解析】本題考查了動力學(xué)中的多過程問題，解決本題的關(guān)鍵理清煤塊、傳送帶、平板在整個過程中的運動規(guī)律，結(jié)合牛頓第二定律和運動學(xué)公式綜合求解。（1）根據(jù)牛頓第二定律求出煤塊在傳送帶上發(fā)生相對滑動時的加速度，結(jié)合速度時間公式求出傳