高中 | 斜面问题 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)

斜面问题

如图所示,细线的一端固定在倾角为$30^\circ$的光滑楔形滑块$A$的顶端$P$处,细线的另一端拴一质量为$m$的小球,静止时细线与斜面平行,(已知重力加速度为$g$)。则下列判断正确的是$(\qquad)$

["

当滑块向左匀加速直线运动时,小球刚好不脱离斜面的条件是$a= \\dfrac{\\sqrt{3}}{3}g$

","

当滑块向左匀加速直线运动时,$a=2g$时绳子的拉力为$3mg$

","

当滑块向右匀加速直线运动时,小球对滑块压力可能为$0$

","

当滑块向右匀加速直线运动时,$a=g$时绳子的拉力为$0$

"]
[["D"]]

$\rm A$、滑块向左加速运动,当滑块对小球的支持力恰好为零时,小球恰好不离开斜面,小球受力如图所示

对小球,由牛顿第二定律得:$\dfrac{mg}{\tan30{^\circ}} =ma_{临1}$

代入数据解得:$a_{临1}= \sqrt{3}g$,故$\rm A$错误;

$\rm B$、滑块向左加速运动,$a=2g\gt a_{临1}$,小球离开滑块,

对小球,竖直方向:$F_{y}=mg$

水平方向:$F_{y}=ma$

绳子拉力大小$T= \sqrt{F_{x}^{2}+F_{y}^{2}}$,代入数据解得:$T= \sqrt{5}mg$,故$\rm B$错误;

$\rm C$、滑块向右加速运动时,滑块对小球支持力的水平分力向右,滑块对小球一定有支持力,小球对滑块的压力不可能为$0$,故$\rm C$错误;

$\rm D$、滑块向右加速,当细线的拉力恰好为零时,小球恰好不相对滑块上滑,小球受力如图所示

对小球,由牛顿第二定律得:$mg\tan30^\circ=ma_{临2}$

代入数据解得:$a_{临2}= \dfrac{\sqrt{3}}{3}g$

滑块向右的加速度大小$a=g\gt a_{临2}$,绳子松弛,绳子的拉力为零,故$\rm D$正确。

故选:$\rm D$

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