如圖所示,長L=1.6m,質(zhì)量M=3kg的木板靜放在光滑水平面上,質(zhì)量m=1kg、帶電量q=+2.5×10-4C的小滑塊放在木板的右端,木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,所在空間加有一個(gè)方向豎直向下強(qiáng)度為E=4.0×104N/C的勻強(qiáng)電場,如圖所示,現(xiàn)對(duì)木板施加一水平向右的拉力F.取g=10m/s2,求:
(1)使物塊不掉下去的最大拉力F;
(2)如果拉力F=11N恒定不變,小物塊所能獲得的最大動(dòng)能.
分析:(1)要小物塊不掉下來,則小物塊和木板的加速度相同,且最大拉力時(shí)加速度最大,小物塊受的摩擦力提供它運(yùn)動(dòng)的加速度,而整體所受的拉力提供整體的加速度.
(2)當(dāng)拉力F=11N時(shí),小物塊相對(duì)于木板發(fā)生運(yùn)動(dòng),則木板所受的拉力與摩擦力的合力提供木板的加速度,而小物塊所受的滑動(dòng)摩擦力提供小物塊運(yùn)動(dòng)的加速度,兩者的位移差等于木板的長短時(shí)小物塊落下速度達(dá)到最大.
解答:解:(1)F最大的時(shí)候物塊不掉下,必是物塊與木板具有共同的最大加速度a1,
對(duì)物塊來說它受的摩擦力提供它運(yùn)動(dòng)的加速度,則最大加速度為a1=
f
m
=
μFN
m
=
μ(mg+qE)
m
=2m/s2

對(duì)整體來說水平方向的摩擦歸內(nèi)力,故有最大的拉力F=(M+m)a1=8N.
(2)當(dāng)拉力F=11N時(shí),木板的加速度
a2=
F-f
M
=
F-μ(mg+qE)
M
=
11-0.1×(1×10+2.5×10-4×4×104)
3
m/s2=3 m/s2
而物塊的加速度保持不變?nèi)詾閍1=2m/s2
設(shè)從開始運(yùn)動(dòng)到小物塊掉下所用時(shí)間為t,
則由
1
2
a2t2-
1
2
a1t2=L
得物塊滑過木板所用時(shí)間
t=
3.2
s
物塊離開木板時(shí)的速度v1=a1t=2
3.2
m/s
此時(shí)小物塊所能獲得的最大動(dòng)能為Ek1=
1
2
m
v
2
1
=6.4J

答:(1)使物塊不掉下去的最大拉力8N.
(2)小物塊所能獲得的最大動(dòng)能為Ek1=
1
2
m
v
2
1
=6.4J
點(diǎn)評(píng):(1)問中物塊不掉下去意味著兩者的加速度相同,這是該問的突破口.
(2)問中小物塊在落下前始終加速,故落下時(shí)小物塊的速度最大,這是該問的突破口.另外拉力F=11N>8N說明兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng),故加速度不同.
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如圖所示,長L=1.2m、質(zhì)量M=3kg的木板放在傾角為37°的光滑斜面上,質(zhì)量m=1kg、帶電荷量q=+2.5×10-4 C的物塊放在木板的上端,木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,所在空間加有一個(gè)方向垂直斜面向下、場強(qiáng)E=4.0×104 N/C的勻強(qiáng)電場.現(xiàn)對(duì)木板施加一平行于斜面向上的拉力F=10.8N.取g=10m/s2,斜面足夠長.設(shè)圖示位置木板和物塊的速度均為零.試求:
(1)物塊離開木板時(shí)木板獲得的動(dòng)能;
(2)物塊在木板上運(yùn)動(dòng)的過程中,由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能.

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(2012?豐臺(tái)區(qū)模擬)如圖所示,長L=1.3m,質(zhì)量M=5.0kg的平板小車A靜止在光滑的水平面上,小車左端放有質(zhì)量m=1.0kg的木塊B(可以看作質(zhì)點(diǎn)),木塊B與小車A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.20,現(xiàn)用水平恒力F拉動(dòng)木塊B在小車A上滑行.求:
(1)木塊B在平板小車A上滑行時(shí),小車A的加速度大小及方向;
(2)若F=5N,則木塊B和小車A脫離時(shí)的速率分別是多少;
(3)從木塊B剛開始運(yùn)動(dòng)到A、B脫離的過程中,水平恒力F對(duì)木塊B所做的功.

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精英家教網(wǎng)如圖所示,長L=1.3m,質(zhì)量M=5.0kg的平板小車A靜止在光滑的水平面上,小車左端放有質(zhì)量m=1.0kg的小木塊B(可以看作質(zhì)點(diǎn)),木塊B與小車A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.20,現(xiàn)用水平恒力F拉動(dòng)木塊B在小車A上滑行.求:
(1)小木塊B在平板小車A上滑行時(shí),小車A的加速度大小、方向;
(2)當(dāng)F=
12
mg
時(shí),使木塊B從小車A的右端與A脫離時(shí),小車A的動(dòng)能和此過程中F對(duì)木塊B做的功.

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精英家教網(wǎng)如圖所示,長L=1.6m,質(zhì)量M=3kg的木板靜放在光滑水平面上,質(zhì)量m=1kg的小物塊放在木板的右端,木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1.現(xiàn)對(duì)木板施加一水平向右的拉力F,取g=10m/s2,求:
(1)使物塊不掉下去的最大拉力F;
(2)如果拉力F=10N恒定不變,小物塊所能獲得的最大動(dòng)能.

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