高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题 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)

牛顿第二定律的两类基本问题

如图,在光滑水平面上方存在磁感应强度大小为$B$、方向垂直纸面向内的匀强磁场,质量为$m$、足够长的绝缘不带电木板$A$上放着一带电荷量为$+q(q\gt 0)$、质量为$2m$的物块$B$,物块与木板间的动摩擦因数为$\mu $,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。现对$A$施加一个大小为$2\mu mg$、方向水平向右的恒力$F$,系统由静止开始运动,则在物块离开$A$之前,下列图像正确的是$(\qquad)$

["

","

","

","

"]
[["BD"]]

$\rm CD$、一开始$AB$两物体一起运动,把$AB$看作一个整体,由牛顿第二定律:$F=(m+2m)a$,已知$F=2\mu mg$,可得$a=\dfrac{2}{3}\mu g$

$B$利用牛顿第二定律,可得$B$受到的摩擦力$f=2ma=\dfrac{4}{3}\mu mg$

$B$运动过程,所受洛伦兹力竖直向上,竖直方向合力为零,则有:$qvB+N=2mg$

$v=0$时,$B$的最大静摩擦力$f_{m}=\mu N=2\mu mg\gt \dfrac{4}{3}\mu mg$,所以开始$AB$不会发生相对滑动,$AB$一起做匀加速直线运动

$v$增大,$B$所受支持力$N$减小,$B$的最大静摩擦力减小,当最大静摩擦力减小到$\dfrac{4}{3}\mu mg$$B$相对$A$向左滑动,滑动摩擦力向右,$B$继续加速运动,但$B$竖直方向合力仍为零,即$qvB+N=2mg$$v$增大,则$N$减小,滑动摩擦力$f$减小,对$B$利用牛顿第二定律则有:$\mu N=2ma_{B}$,可知$B$的加速度减小,$B$继续加速运动

$N$减小到零时,$B$的加速度为零,$B$做匀速直线运动,所以$B$先做匀加速直线运动,然后做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动,故$\rm C$错误,$\rm D$正确;

$\rm AB$$B$相对$A$滑动后,对$A$利用牛顿第二定律则有:$F-f=ma_{A}$$f$减小,则$a_{A}$增大,当$f$减小到零时,$A$的加速度不变,所以整个过程,$A$先做匀加速直线运动,接着做加速度增大的加速直线运动,最后做匀加速直线运动,故$\rm A$错误,$\rm B$正确。

故选:$\rm BD$

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