2018高中物理 牛頓定律應(yīng)用專題 3 輕松解決“板塊”問題學(xué)案 新人教版必修1.doc

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輕松解決“板塊”問題一、考點(diǎn)突破知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型分值牛頓第二定律的應(yīng)用應(yīng)用牛頓第二定律解決問題“板塊”問題的一般模型與解決方法。選擇題解答題615分二、重難點(diǎn)提示理解并掌握發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的力學(xué)特征。“板塊”問題就是通常遇到的疊放問題，由于其往往可看成由物塊和木板構(gòu)成的一對(duì)相互作用模型，故將其形象稱為“板塊”問題。其應(yīng)用的知識(shí)面較為廣泛，與運(yùn)動(dòng)學(xué)、受力分析、動(dòng)力學(xué)、功與能等有著密切聯(lián)系，而且往往牽涉著臨界極值問題，能夠較好地考查對(duì)知識(shí)的掌握程度和對(duì)問題的分析綜合能力。常見基本問題處理方法分析物體所受的摩擦力（動(dòng)力、阻力）根據(jù)物塊與木板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向來判斷，摩擦力的突變時(shí)刻：與相同時(shí)板、塊能一起加速運(yùn)動(dòng)的最大加速度板、塊間達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)相對(duì)位移的計(jì)算弄清對(duì)地位移和相對(duì)位移的概念是前提?？上扔蛇\(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出某段時(shí)間內(nèi)物體與傳送帶的對(duì)地位移，然后用“快”的減去“慢”的就是差距。也可應(yīng)用圖象法或相對(duì)運(yùn)動(dòng)法進(jìn)行求解物塊不從木板上掉下去的條件物塊與木板保持相對(duì)靜止時(shí)物塊還在木板上，弄清達(dá)到臨界狀態(tài)的時(shí)間和位移關(guān)系例題1 如圖所示，一速率為v010m/s的物塊沖上一置于光滑水平面上且足夠長(zhǎng)的木板上。物塊質(zhì)量為m4kg，木板質(zhì)量M6kg，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，試問：物塊將停在木板上何處？思路分析：物塊沖上木板后相對(duì)木板向右運(yùn)動(dòng)，會(huì)在木板摩擦力作用下勻減速運(yùn)動(dòng)，木板會(huì)在摩擦力作用下勻加速運(yùn)動(dòng)，兩者共速后，一起勻速運(yùn)動(dòng)。求物塊停在木板上何處，實(shí)際是在求物塊與木板的相對(duì)位移大小。方法一（基本公式法）由牛頓第二定律可知：對(duì)物塊；對(duì)木板解得 ，設(shè)兩者共速時(shí)所用時(shí)間為t，則 解得 這段時(shí)間物塊與車的位移大小分別為兩車的位移之差故物塊能停在距木板左端5m處。方法二（圖象法）作出物塊與木板的運(yùn)動(dòng)圖象如圖所示。由牛頓第二定律可求得物塊與木板的加速度 兩者t時(shí)刻速度相等，則 解得 分析可知，圖中陰影面積為板、塊的相對(duì)位移，由幾何關(guān)系知故物塊能停在距木板左端5m處。方法三（相對(duì)運(yùn)動(dòng)法）以地面為參考系，由牛頓第二定律可知對(duì)物塊 對(duì)木板 解得 ，以木板為參考系，物塊的初速度為，加速度大小為，則兩者相對(duì)位移為故物塊能停在距木板左端5m處。答案：物塊能停在距木板左端5m處。例題2 靜止在光滑水平面上的平板車B的質(zhì)量為m0.5kg、長(zhǎng)L1m。某時(shí)刻A以v04m/s向右的初速度滑上木板B的上表面，物體A的質(zhì)量M1kg，在A滑上B的同時(shí)，給B施加一個(gè)水平向右的拉力。忽略物體A的大小，已知A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，取重力加速度g10m/s2。試求：（1）若F5N，物體A在小車上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)小車滑行的最大距離；（2）如果要使A不至于從B上滑落，拉力F大小應(yīng)滿足的條件。思路分析：（1）物體A滑上平板車B以后，做勻減速運(yùn)動(dòng)，有平板車B做加速運(yùn)動(dòng)，有 解得 兩者速度相同時(shí)，有 解得 這段時(shí)間內(nèi)A、B運(yùn)行的位移大小分別為 物體A在平板車上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)平板車滑行的最大距離由于，所以以上分析和結(jié)論成立。（2）物體A不滑落的臨界條件是A到達(dá)B的右端時(shí)，A、B 具有共同的速度，則位移關(guān)系為 ；時(shí)間關(guān)系為 聯(lián)立以上兩式解得 由牛頓第二定律得若，則A滑到B的右端時(shí)，速度仍大于B的速度，A將從B右端滑落，所以要想不滑落，F(xiàn)必須大于等于1N。當(dāng)F大于某一值時(shí)，在A到達(dá)B的右端之前，B就與A具有共同的速度，之后，只有A 與B保持相對(duì)靜止，才不會(huì)從B的左端滑落，所以， 由以上兩式解得 若F大于3N，A與B具有相同的速度之后，A會(huì)相對(duì)B向左滑動(dòng)，要想不滑落，F(xiàn)必須小于等于3N。綜上所述，F(xiàn)應(yīng)滿足的條件是 答案：（1）0.5m （2）例題3 如圖所示，在傾角為的足夠長(zhǎng)的斜面上，有一質(zhì)量為的長(zhǎng)木板。開始時(shí)，長(zhǎng)木板上有一質(zhì)量為的小鐵塊（視為質(zhì)點(diǎn)）以相對(duì)斜面的初速度從長(zhǎng)木板的中點(diǎn)沿長(zhǎng)木板向下滑動(dòng)，同時(shí)長(zhǎng)木板在沿斜面向上的拉力作用下始終做速度為的勻速運(yùn)動(dòng)（已知二者速率的值），小鐵塊最終跟長(zhǎng)木板一起向上做勻速運(yùn)動(dòng)。已知小鐵塊與木板、木板與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為（），試求：（1）小鐵塊在長(zhǎng)木板上滑動(dòng)時(shí)的加速度；（2）長(zhǎng)木板至少多長(zhǎng)。思路分析：物塊受到沿斜面的重力分量和摩擦力的作用，且由于，所以物塊受到的摩擦力一定大于重力沿斜面的分力，物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)，利用牛頓第二定律即可求出加速度。由于物塊最終跟長(zhǎng)木板一起向上做勻速運(yùn)動(dòng)，所以物塊速度減為零后又會(huì)反向加速，但在物塊和木板共速前物塊運(yùn)動(dòng)方向始終沿斜面向下。（1）因?yàn)?，所以小鐵塊相對(duì)木板由沿斜面向上得加速度。設(shè)小鐵塊的加速度為，由牛頓第二定律得解得 ；（2）小鐵塊先沿斜面向下勻減速至速度為零，再沿斜面向上勻加速，最終獲得穩(wěn)定速度，設(shè)時(shí)間后小鐵塊達(dá)到穩(wěn)定速度，則，設(shè)此過程小鐵塊的位移為，木板的位移為，則，方向沿斜面向下（因?yàn)椋?，方向沿斜面向上由于，所?答案：（1） （2） 【易錯(cuò)點(diǎn)津】?jī)晌矬w要相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的拉力如圖所示，長(zhǎng)方體物塊A疊放在長(zhǎng)方體物塊B上，B置于光滑水平面上，A、B質(zhì)量分別為mA6kg，mB2kg，A、B之間動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，開始時(shí)F10N，此后逐漸增加，在增大到45N的過程中，則（）A. 當(dāng)拉力F12N時(shí)，兩物塊均保持靜止?fàn)顟B(tài)B. 兩物塊間從受力開始就有相對(duì)運(yùn)動(dòng)C. 兩物塊開始沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)拉力超過12N時(shí)，開始相對(duì)滑動(dòng)D. 兩物塊間始終沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但AB間存在靜摩擦力，其中A對(duì)B的靜摩擦力水平向右易錯(cuò)點(diǎn)：物塊和木板相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由于受到平衡思想的影響，認(rèn)為拉力和滑動(dòng)摩擦力一樣大，進(jìn)而導(dǎo)致了錯(cuò)誤，就本題而言，很多人會(huì)選擇C選項(xiàng)。思路分析：隔離對(duì)B分析，當(dāng)AB間摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)，A、B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則aB6m/s2；再對(duì)整體分析F（mAmB）a86N48N，知當(dāng)拉力達(dá)到48N時(shí)，A、B才發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由于地面光滑，只要有拉力兩物體就一起運(yùn)動(dòng)。答案：D