高考板块模型及传送带问题 压轴题[含详解]

(3)如果拉力F=10N,要使小物体从木板上掉下去,拉力F作用的时间至少为多少?

1、(17分)(1)F=(M+m)a …………(2分) μmg=ma …………(2分) F=μ(M+m)g=0.1×(3+1)×10N=4N …………(1分)(2)小物体的加速度

所用时间

物体离开木板时的速度

木板的加速度

(2分)解得物体滑过木板

(3)若F作用时间最短,则物体离开木板时与木板速

度相同。设F作用的最短时间为t1,物体在木板上滑行的时间为t,物体离开木板时与木板

的速度为V

一圆环A套在一均匀圆木棒B上,A的高度相对B的长度来说可以忽略不计。A和B的质量都等于m,A和B之间的滑动摩擦力为f(f < mg)。开始时B竖直放置,下端离地面高度为h,A在B的顶端,如图所示。让它们由静止开始自由下落,当木棒与地面相碰后,木棒以竖直向上的速度反向运 动,并且碰撞前后的速度大小相等。设碰撞时间很短,不考虑空气阻力,问:在B再次着地前,要使A不脱离B,B至少应该多长?

1、(17分)参考解答:释放后A和B相对静止一起做自由落体运动,B着地前瞬间的速度为

(3分)B与地面碰撞后,A继续向下做匀加速运动,B

竖直向上做匀减速运动。它们加速度的大小分别为:

(每式2分,共4分)B与地面碰撞后向上运动到再次落回地面所

需时间为 (3分)在此时间内A的位移 (3分)要在B再次着地前A不脱离B,木棒长度L必须满足条件 L ≥ x (2分)联立以上各

式,解得 L≥ (2分)

★★★有A、B、C三个物体的质量都为m、且都静止,其中A、B为大小形状完全相同的两个木板,长度均为L,它们之间的距离也为L,水平地面光滑。今用水平向右的 恒力,作用于可以看作质点的物块C上,若C、A间的动摩擦因数为μ ,经过了一段时间。当木板A与B

碰撞时,物块C也刚好滑到了A板的最右端,此时刻立即撤去水平拉力,且刚发生碰撞的木板A与B也立即粘合在一起。求: (1)水平拉力F的大小.

(2)为了使运动的物块C不滑下B板,C、B间的动摩擦因数应满足什么条件?并写出ABC三个物体的最终速度的表达式。

1、(20分)解:用牛顿第二定律,设力F作用时间为t对C 2L=?a1t2……1分

对A ……2分 L=?a2t2 …………1分 解得 F=3μmg ………2分 作用完毕, C有

…1分

…2分

A有…1分

碰撞前后对AC用动量守恒定律 mV2=2mV3……2分

ABC最后有共同速度V4,对ABC用动量守恒定律 mV1+2mV3=3mV4………2分

共同速度为: ………2分 根据题意,由能量关系得

μ2mg≥?mV12+??2mV32-??3mV42……2分 所以 μ2≥1.5μ…………2分

如图所示,皮带总质量为3kg,长为2.5m,皮带可自由转动,开始时处于静止状态,一个质量为2kg的木块以速度v=5m/s滑上皮带,滑块和皮带之间的动摩擦因数为,滑块经过皮带后沿光滑的水平轨道冲上一竖直放置的半径为R=0.1m的圆形轨道,问:(1)滑块能否到达圆形轨道的最高点;(2)滑块在圆弧最高点的正下方对轨道的压力。

1、(19分)解:(1)滑块滑上皮带后,由于摩擦使滑块减速,皮带加速,系统合外力为零,

则动量守恒。代入数据得

假设滑块最后和皮带达到共同速度则

m/s滑块在皮带上运动的总位移为sm皮带长2.5m,滑块在皮带上滑行2.1m后和滑块速度相同,

一起作匀速直线运动直至冲上圆形轨道。滑块若能冲上圆形轨道最高处,则在最高处应具有最小速度,此时只有重力起向心力作用。须具有速度v2

m/s滑块在最低点必m/s > 2m/s滑块不可

能冲上圆弧顶端最高点(2)滑块以2m/s冲上圆弧轨道,在最低处

N根据牛顿第三定律,滑块对轨道的压力为100N。

如图,足够长的水平传送带始终以大小为v=3m/s的速度向左运动,传送带上有一质量为M=2kg的小木盒A,A与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.3,开始时,A与传送带之间保持相对静止。先后相隔△t=3s有两个光滑的质量为m=1kg的小球B自传送带的左端出发,以v0=15m/s的速度在传送带上向右运动。第1个球与木盒相遇后,球立即进入盒中与盒保持相对静止,第2个球出发后历时△t1=s而与木盒相遇。求(取g=10m/s2) (1)第1个球与木盒相遇后瞬间,两者共同运动的速度多大? (2)第1个球出发后经过多长时间与木盒相遇?

(3)自木盒与第1个球相遇至与第2个球相遇的过程中,由于木盒与传送带间的摩擦而产生的热量是多少?

1、解:⑴设第1个球与木盒相遇后瞬间,两者共同运动的速度为v1,根据动量守恒定律: (2分)

代入数据,解得: v1=3m/s (1分)

⑵设第1个球与木盒的相遇点离传送带左端的距离为s,第1个球经过t0与木盒相遇, 则: (2分)

设第1个球进入木盒后两者共同运动的加速度为a,根据牛顿第二定律: 得: (2分)

设木盒减速运动的时间为t1,加速到与传送带相同的速度的时间为t2,则: =1s (1分)

故木盒在2s内的位移为零 (2分)

依题意: (2分) 代入数据,解得: s=7.5m t0=0.5s (1分)

⑶自木盒与第1个球相遇至与第2个球相遇的这一过程中,传送带的位移为S,木盒的位移为

s1,则:

故木盒相对与传送带的位移:

(2分) (2分)

则木盒与传送带间的摩擦而产生的热量是: (2分)

如图所示,用轻绳L连接质量分别为m1、m2的A、B两物体,在光滑的水平面上先后用大小相同的恒力F,向右拉物体A或向左拉物体B,使A、B一起分别做初速度为零的匀加速直线运动。在第1种情况下,绳L的张力为T1;第2种情况下,绳L的张力为T2。请用力学观点分

析和讨论T1和T2的大小关系。

、以整体为研究对象,先后两种情况下,水平方向受力如下图所示(竖直方向受平衡力)

由牛顿第二

定律,分别列出: F=(m1+m2)a1????????????① (2分) F=(m1+m2)a2????????????② (2分) 以尾端物体为研究对象,先后两种情况下,水平方向受力如下图所示(竖直方向

受平衡力) 由牛顿第二定律,分别列出: T1=m1a1????????????③ (或T1=m2a1) (2分) T2=m2a2????????????④ (或T2=m1a2) (2分) 联立以上四式得: T1=m1F/(m1+m2) ????????????⑤ (或T1=m2F/(m1+m2)) (2分) T2=m2F/(m1+m2) ????????????⑥ (或T2=m1F/(m1+m2)) (2分) 由⑤⑥两式得: T1/T2=m1/m2 (或T1/T2=m2/m1) (1分) 所以,若m1>m2,则T1>T2; (或若m1>m2,则T2>T1) (1分)若m1m1,则T1>T2) (1分)若m1=m2,则T1=T2 (1分)

如图所示,长为L、质量为M的圆柱形木棒竖直放置,在其顶部套有质量为m的薄铁环,当棒和环有相对运动时,棒和环之间有大小恒为kmg(k>1)的摩擦力.现突然在棒下端给棒一个很大的冲击力,使棒在瞬间具有竖直向上的初速度v0.

(1)若要求铁环在木棒落地前不滑离木棒,此木棒的长度不得少于多少? (2)设木棒足够长,求棒上升的最大高度.

(15分)(1)设铁环加速度大小为a1,方向向上;木棒加速度大小为a2,方向向下. 对铁环:+a2 解得

(1分) 对木棒:

(2分)

(1分)棒相对环的加速度a相=a1

棒长

对木棒:

(3

由以上各式得

分) (2)环、棒速度相等时,对铁环:

(2分) 设此时木棒上升高度为h1,以木棒的初速度方向为正方

向,

(2分) 环、棒速度相等后一道

竖直上升的高度为h2, (2分)

棒上升的最大高度 (2分)

如图所示,在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮,一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮分别与物块A、B相连,细绳处于伸直状态,物块A和B的质量分别为mA=8kg和mB=2kg,物块A与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.1,物块B距地面的高度h=0.15m。桌面上部分的绳足够长。现将物块B从h高处由静止释放,直到A停止运动。求A在水平桌面上运动的时间。(g=10m/s2)

解:对B研究,由牛顿第二定律得mBg-T=mBa1…………………………① 同理,对A=T-f=mAa1……②

………③

……④

代入数值解得B做匀加速直线运动

………⑥

解得 ……⑦

B落地后,A在摩擦力作用下做匀减速运动

……⑧ ……⑨

解得:

……⑩ …11

如图所示,在倾角为的光滑物块P之斜面上有两个用轻质弹簧相连的物块A、B;C为一垂直固定在斜面上的挡板。P、C总质量为M,A、B质量均为m,弹簧的劲度系数为k,系统静止于光滑水平面。.现开始用一水平力F作用于P,F从零开始增大。求:(1)物块B刚要离开C 时力F的大小.

(2)从开始到此时物块A相对于斜面的位移D.(物块A一直没离开斜面,重力加速度为g)

………⑤

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