Question

18．如圖所示，長(zhǎng)木板置于光滑水平地面上，小物塊放在長(zhǎng)木板的正中間，兩物體處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知木板的質(zhì)量為M=4kg，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2m，物塊的質(zhì)量為m=1kg，尺寸可以忽略．物塊與木板之間的摩擦因數(shù)為μ=0.2，認(rèn)為兩物體間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力大小相等．取重力加速度g=10m/s²．
（1）若在物塊上施加一個(gè)水平恒力F₁，恰好能使物塊在木板上滑動(dòng)，求力F₁的大�。�
（2）若在木板上施加一個(gè)水平恒力F₂，經(jīng)過(guò)2s物塊恰好從木板上滑落，求力F₂的大�。�

Answer 1

分析 （1）對(duì)整體為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律列方程求出二者一起勻加速的最大加速度，然后以M為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律列方程求出摩擦因數(shù)；
（2）小物塊從模板上滑下時(shí)二者位移差等于木板長(zhǎng)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程求解．

解答 解：（1）設(shè)兩物體間的最大靜摩擦力為f，當(dāng)F=2.5N作用于m時(shí)，對(duì)整體由牛頓第二定律有：
F₁=（M+m）a…①
對(duì)M，由牛頓第二定律有：f=Ma…②
小物塊豎直方向上受力平衡，所受支持力N=mg，由摩擦力公式有 f=μmg③
得：${F}_{1}^{\;}=2.5N$
（2）兩物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，設(shè)M、m加速度分別為a₁、a₂，
對(duì)M，由牛頓第二定律F₂-f=Ma₁…④
對(duì)m，由牛頓第二定律f=ma₂…⑤
得：a₂=2m/s²
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩物體在t時(shí)間內(nèi)位移為
  ${s}_{1}^{\;}$=$\frac{1}{2}{a}_{1}^{\;}{t}_{\;}^{2}$…⑥
  ${s}_{2}^{\;}=\frac{1}{2}{a}_{2}^{\;}{t}_{\;}^{2}$…⑦
m剛滑下M時(shí)有：${s}_{1}^{\;}-{s}_{2}^{\;}$=$\frac{1}{2}L$…⑧
由⑥⑦⑧得：${F}_{2}^{\;}=12N$
答：（1）若在物塊上施加一個(gè)水平恒力F₁，恰好能使物塊在木板上滑動(dòng)，力F₁的大小2.5N．
（2）若在木板上施加一個(gè)水平恒力F₂，經(jīng)過(guò)2s物塊恰好從木板上滑落，力F₂的大小12N．

點(diǎn)評(píng) 該題涉及到相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，列牛頓第二定律方程時(shí)一定要先確定研究對(duì)象，要認(rèn)真分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并能熟練地運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式．