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,静止在光滑水平面上的斜面体,质量为$M$,倾角为$\alpha$。其斜面上有一静止的滑块,质量为$m$,两者之间的动摩擦因数为$\mu $,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,重力加速度为$g$,现给斜面体施加水平向右的力使斜面体加速运动,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

水平恒力$F$变大后,如果滑块仍静止在斜面上,滑块对斜面的压力减小

","

水平恒力$F$变大后,如果滑块仍静止在斜面上,滑块对斜面的压力增加

","

若要使滑块与斜面体一起加速运动,水平向右的力$F$的最大值$\\dfrac{(m+M)g(\\mu \\cos\\alpha-\\sin\\alpha)}{\\mu \\sin\\alpha+\\cos\\alpha}$

","

若水平恒力$F$方向向左,滑块与斜面一起向左做$\\alpha$$= \\dfrac{3}{2}$$g\\tan\\alpha$的加速运动,则滑块受到的摩擦力沿斜面向上

"]
[["AC"]]

$\rm AB$.对滑块受力分析,水平方向由牛顿第二定律得:$f\cos\alpha-N\sin\alpha=ma$,竖直方向

由平衡条件得:$f\sin\alpha+N\cos\alpha=mg$

联立解得:$N=mg\cos\alpha-ma\sin\alpha$

水平恒力$F$变大后,加速度变大,则$N$减小,由牛顿第三定律知滑块对斜面的压力减小,故$\rm A$错误,$\rm B$正确;

$\rm C$.滑块与斜面体刚好不相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值$f_{m}$,滑块受力如图所示。

设一起加速的最大加速度为$a$,对滑动应用牛顿第二定律得:

$F_{N}\cos\alpha+f_{m}\sin\alpha=mg$

$f_{m}\cos\alpha-F_{N}\sin\alpha=ma$

由题意知$f_{m}=\mu F_{N}$

联立方程解得:$a= \dfrac{\mu \cos\alpha-\sin\alpha}{\cos\alpha+\mu \sin\alpha}g$

对整体分析:$F=(M+m)a$

联立解得:$F= \dfrac{(m+M)g(\mu \cos\alpha-\sin\alpha)}{\mu \sin\alpha+\cos\alpha}$

$\rm C$正确;

$\rm D$.若水平恒力$F$方向向左,滑块与斜面一起向左做$a= \dfrac{3}{2}g\tan\alpha$的加速运动,假设滑块受到的摩擦力沿斜面向上,如图所示:

沿斜面方向根据牛顿第二定律有$mg\sin\alpha-f=ma\cos\alpha$

$a= \dfrac{3}{2}g\tan\alpha$

联立,得$f=-\dfrac{1}{2}mg\sin\alpha$

$F_{f}$为负值,说明此时滑块受到的摩擦力沿斜面向下,故$\rm D$错误。

故选:$\rm AC$

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