| 牛顿第二定律的综合应用 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

牛顿第二定律的综合应用

现代交通运输有公路、水路、航空、铁道等多种方式,但在古代主要的交通运输工具是马车。如图所示,一匹马拉着两厢货物在水平道路上行走。货厢$A$、货厢$B$和车的的质量分别为$m$$2m$$3m$,货厢$A$$B$$B$与车之间的动摩擦因数分别为$\mu _{1}$$\mu _{2}$,各接触面都水平,马给车的水平拉力为$F$,两货厢均未脱离各接触面,不计地面对车的摩擦,重力加速度为$g$,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$\\mu _{1} \\lt \\mu _{2}$,逐渐增大$F$$B$相对于车比$A$相对$B$先滑动

","

$\\mu _{1} \\lt \\mu _{2}$$A$$B$与车都相对静止,则$F$的最大值为$6\\mu _{1}mg$

","

$\\mu _{1} \\gt \\mu _{2}$,当$F=6\\mu _{1}mg$时,$A$$B$开始发生相对滑动

","

$\\mu _{1} \\gt \\mu _{2}$,当$F=5\\mu _{2}mg$时,$B$与车之间相对滑动

"]
[["B"]]

$\rm A$.若$\mu _{1} \lt \mu _{2}$,则有$\mu _{1}mg \lt \mu _{2}(m+2m)g − \mu _{1}mg$

可知,逐渐增大$F$$A$相对于$B$$B$相对于车先滑动,故$\rm A$错误;

$\rm B$.若$\mu _{1} \lt \mu _{2}$$A$$B$与车都相对静止,结合上述可知,当整体加速度最大时,$A$所受摩擦力先达到最大静摩擦力,则有$\mu _{1}mg=ma_{\max}$

解得$a_{\max}=\mu _{1}g$

$F$的最大值满足$F_{\max}=(m+2m+3m)a_{\max}=6\mu _{1}mg$,故$\rm B$正确;

$\rm C$.若$\mu _{1} \gt \mu _{2}$,结合上述可知,$B$相对于车比$A$相对于$B$先滑动,所有无论$F$多大,$B$相对于车滑动后,$A$相对于$B$一直保持静止,故$\rm C$错误;

$\rm D$.若$\mu _{1} \gt \mu _{2}$,结合上述可知,$B$相对于车比$A$相对于$B$先滑动,若整体保持相对静止,对$A$$B$整体有$\mu _{2}(m+2m)g=(m+2m)a_{\max 1}$

解得$a_{\max 1}=\mu _{2}g$

则此时最大拉力$F_{\max 1}=(m+2m+3m)a_{\max 1}=6\mu _{2}mg$

可知,当$F=5\mu _{2}mg$时,$B$与车之间仍然保持相对静止,故$\rm D$错误。

故选:$\rm B$

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