动力学中的滑块——木板模型问题1.考点及要求:(1)滑动摩擦力和静摩擦力(Ⅱ);(2)匀变速直线运动的公式(Ⅱ);(3)牛顿运动定律(Ⅱ).2.方法与技巧:(1)分析滑块和木板的受力情况:整体法、隔离法仍是基本的研究方法,依据牛顿第二定律求解加速度;(2)分析滑块和木板的运动情况:找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系.1.(滑块—木板模型问题的运动分析)如图1所示,一足够长的木板静止在光滑水平面上,一物块静止在木板上,木板和物块间有摩擦.现用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时,撤掉拉力,此后木板和物块相对于水平面的运动情况为()图1A.物块先向左运动,再向右运动B.物块向右运动,速度逐渐减小,直到做匀速运动C.木板向右运动,速度逐渐减小,直到做匀速运动D.木板和物块的速度都逐渐减小,直到为零2.(滑块—木板模型问题的综合分析)如图2所示,一质量为M=10kg,长为L=2m的薄木板放在水平地面上,已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1=0.1,在此木板的右端还有一质量为m=4kg的小物块,且视小物块为质点,木板厚度不计.今对木板突然施加一个F=54N的水平向右的拉力,g=10m/s2.图2(1)若木板上表面光滑,则小物块经多长时间将离开木板?(2)若小物块与木板间的动摩擦因数为μ,小物块与地面间的动摩擦因数为2μ,小物块相对木板滑动一段时间后离开木板继续在地面上滑行,且对地面的总位移s=3m时停止滑行,求μ值.3.如图3所示,在光滑的水平面上有一个质量为M的木板B处于静止状态,现有一个质量为m的木块A在木板B的左端以初速度v0开始向右滑动,已知M>m,用①和②分别表示木块A和木板B的图象,在木块A从木板B的左端滑到右端的过程中,下面关于速度v随时间t、动能Ek随位移x的变化图象,其中可能正确的是()图34.如图4所示,质量均为m的木块A和木板B叠放在水平桌面上,A光滑且位于B的最右端,B与地面间的动摩擦因数为μ,水平力F=mg作用在B上,A、B以2m/s的共同速度沿水平面向右匀速运动,0.2s后F加倍(g=10m/s2)图4(1)试求μ的值;(2)若B足够长,求0.4s时A、B的速度,并在乙图中作出0.2~0.4sA、B运动的v-t图象.答案解析1.C[由于物块运动过程中与木板存在相对滑动,且始终相对木板向左运动,因此木板对物块的摩擦力向右,所以物块相对地面向右运动,且速度不断增大,直至相对静止而做匀速直线运动,选项A、B错误;由牛顿第三定律可知,木板受到物块给它的向左的摩擦力作用,木板的速度不断减小,直到两者相对静止,而做匀速直线运动,选项C正确;由于水平面光滑,所以木板和物块不会停止,选项D错误.]2.(1)1s(2)解析(1)对木板受力分析,由牛顿第二定律得:F-μ1(M+m)g=Ma,由运动学公式得L=at2,代入数据解得:t=1s.(2)对小物块:在木板上时μmg=ma1,在地面上时2μmg=ma2,设小物块从木板上滑下时的速度为v1,小物块在木板上和地面上的位移分别为x1、x2,则:2a1x1=v,2a2x2=v,并且满足x=x1+x2=3m,解得x1=2m.设小物块在木板上滑行时间为t1,则x1=a1t,对木板:F-μmg-μ1(M+m)g=Ma3,木板对地面的位移x′=a3t,x′=x1+L,解得μ=.3.D[木块滑上木板,A做匀减速直线运动,B做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得,aA==μg,aB=,已知M>m,则aA>aB.v-t图象中①图线斜率的绝对值大于②图线斜率的绝对值,故A、B错误;根据动能定理得,对A有:-μmgx=Ek-Ek0,则Ek=Ek0-μmgx.对B有:μmgx=Ek,从动能定理的表达式可知,木块和木板Ek与x图线斜率的绝对值应相等.故C错误,D正确.]4.(1)0.5(2)2m/s4m/s见解析图解析(1)在0~0.2s内A、B做匀速直线运动,分析B,根据平衡条件有:F=2μmg,又F=mg,代入数据解得μ=0.5.(2)0.2~0.4s,A运动状态不变(vA=2m/s),继续做匀速直线运动,B做匀加速运动,根据牛顿第二定律得,2F-2μmg=ma,代入数据解得a=10m/s2.0.4s时B的速度v=v0+at=2m/s+10×0.2m/s=4m/s,A、B两物体的v-t图象如图所示.