板块模型

力学A 档L3近3年考频 5 次

常见题型:choice、fill、short

板块模型 - 牛顿运动定律

考法聚焦

典型例题

例题 1

如图所示,质量M=2kg的长木板静止在光滑水平面上,质量m=1kg的小滑块以v0=4m/s的初速度滑上木板左端。滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s²。求:(1) 滑块在木板上滑动时,滑块和木板的加速度大小;(2) 若木板长L=3m,滑块是否会从木板右端滑出?

解答

(1) 滑块加速度a₁=μg=2m/s²,方向向左;木板加速度a₂=μmg/M=1m/s²,方向向右。 (2) 设经过时间t两者共速,由v0-a₁t=a₂t,得t=4/3s,共同速度v=a₂t=4/3m/s。滑块位移x₁=v0t-½a₁t²=20/9m≈2.22m,木板位移x₂=½a₂t²=8/9m≈0.89m,相对位移Δx=x₁-x₂=$\frac{12}{9}$=4/3m≈1.33m<L=3m,故滑块不会滑出。

解析:

本题为典型的板块模型,涉及相对滑动与临界长度判断。首先对滑块和木板分别受力分析,由牛顿第二定律求加速度;然后通过运动学公式计算两者达到共同速度时的相对位移,与木板长度比较判断是否滑出。注意:光滑水平面意味着系统水平方向不受外力,但滑块与木板间摩擦力为内力。

要点:

  • 正确隔离受力分析,区分滑块与木板的加速度方向
  • 利用相对位移判断是否滑出,而非单独位移

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