| 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,足够长的木板置于光滑水平面上,倾角$\theta=37^\circ $的斜劈放在木板上,平行于斜面的轻绳一端系在斜劈顶端,另一端连接可视为质点的小球。已知木板质量为$M$,斜劈质量为$m_{1}$,小球质量为$m_{2}$,斜劈与木板之间的动摩擦因数为$\mu $,重力加速度为$g$。现对木板施加水平向左的拉力$F$,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

若小球始终未离开斜面,则小球的加速度$a \\leqslant \\dfrac{3}{4}g$

","

若无论施加多大的拉力$F$,小球始终未离开斜面,则$\\mu \\leqslant \\dfrac{4}{3}$

","

若小球、斜劈、木板始终保持相对静止,则$F \\leqslant \\dfrac{4}{3}\\left( m_{1}+m_{2} \\right)g$

","

若小球离开斜面,且绳子与斜面的夹角$\\gamma=7^\\circ $,则此时木板对斜劈的摩擦力$f=2(m_{1}+m_{2})g$

"]
[["B"]]

$\rm A$.对小球受力分析,其刚好要离开斜面时,即其与斜面之间的压力刚好为零时,对小球的受力分析如下图

由图可知,小球的加速度满足$F_{合}=\dfrac{m_{2}g}{\tan\theta}=m_{2}a$

解得$a=\dfrac{4g}{3}$

若小球始终未离开斜面,则小球的加速度$a \leqslant \dfrac{4}{3}g$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.根据小球不离开斜面的最大加速度,即可知小球和斜面的最大加速度,对小球和斜面整体受力分析,可知斜面和木板之间的动摩擦因数满足$\mu (m_{1}+m_{2})g=(m_{1}+m_{2})a$

解得$\mu \leqslant \dfrac{4}{3}$,故$\rm B$正确;

$\rm C$.根据小球不离开斜面的最大加速度,对小球、斜劈、木板整体受力分析,可知拉力满足$F=(m_{1}+m_{2}+M)a$

解得拉力的最大值$F=\dfrac{4}{3}(m_{1}+m_{2}+M)g$,故$\rm C$错误;

$\rm D$.当小球离开斜面时,根据小球与竖直方向的夹角$\alpha=90^\circ − 37^\circ +7^\circ =60^\circ $

对小球受力分析如下图

小球的水平加速度满足$m_{2}g\tan \alpha=m_{2}a_{2}$

解得$a_{2}=\sqrt{3}g$

对斜面和小球受力分析,可知在水平方向上,摩擦力满足$f=(m_{1}+m_{2})a_{2}=\sqrt{3}(m_{1}+m_{2})g$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm B$

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