高中物理板块模型经典题目和答案解析

高中物理板块模型经典题目和答案

2.如图，在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板，其上

叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦

力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的水平力

F=kt（k是常数），木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，

下列反映a1和a2变化的图线中正确的是（）

3．如图所示，A、B两物块叠放在一起，在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动，运动过程中B受到的摩擦力

A．方向向左，大小不变B．方向向左，逐渐减小

C．方向向右，大小不变D．方向向右，逐渐减小

例1．一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央．桌布的一边与桌的AB边重合，如图．已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1，盘与桌面间的动摩擦因数为μ2．现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB边．若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么（以g表示重力加速度）

10.如图所示，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（）

C．木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动

D．木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零

14.质量为m= kg的小滑块(可视为质点)放在质量为m= kg的长木板的右端,木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩擦因数为μ=,木板长L= m开始时两者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的恒力F=12 N,如图3-12所示,为使小滑块不掉下木板,试求:(g取10 m/s2)

(1)水平恒力F作用的最长时间;

(2)水平恒力F做功的最大值.

10．如图9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9

A．物块先向左运动，再向右运动

B．物块向右运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动

C．木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动

D．木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零

17．如图18所示，小车质量M为kg，与水平地面阻力忽略不计，物体质量m为kg，物体与小车间的动摩擦因数为，则：

图18

(1)小车在外力作用下以m/s2的加速度向右运动时，物体受摩擦力多大

(2)欲使小车产生a＝m/s2的加速度，需给小车提供多大的水平推力

(3)若要使物体m脱离小车，则至少用多大的水平力推小车

(4)若小车长L＝1 m，静止小车在N水平推力作用下，物体由车的右端向左滑动，则滑离小车需多长时间(物体m看作质点)

16．如图所示，木板长L＝，质量M＝，上表面光滑，下表面与地面间的动摩擦因数为μ＝.质量m＝的小滑块(视为质点)放在木板的右端，开始时木板与物块均处于静止状态，现给木板以向右的初速度，取g＝10m/s2，求：

(1)木板所受摩擦力的大小；

(2)使小滑块不从木板上掉下来，木板初速度的最大值．

17．如图所示，质量为m＝1kg，长为L＝的平板车，其上表面距离水平地面的高度为h＝，以速度v0＝4m/s 向右做匀速直线运动，A、B是其左右两个端点．从某时刻起对平板车施加一个大小为5N的水平向左的恒力F，并同时将一个小球轻放在平板车上的P点(小球可视为质点，放在P点时相对于地面的速度为零)，PB＝.经过一段时间，小球从平板车上脱离后落到地面上．不计所有摩擦力，g取10m/s2.求：

(1)小球从放到平板车上开始至落到地面所用的时间；

(2)小球落地瞬间平板车的速度．

13．如图所示，有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上，木板质量M＝4kg，长L＝，木板右端放着一个小滑块．小滑块质量为m＝1kg，其尺寸远小于L.小滑块与木板间的动摩擦因数μ＝，g＝10m/s2.

(1)现用恒力F作用于木板M上，为使m能从M上滑落，F的大小范围是多少

(2)其他条件不变，若恒力F＝且始终作用于M上，最终使m能从M上滑落，m在M上滑动的时间是多少

18．如图所示，一块质量为m，长为L的均质长木板放在很长的光滑水平桌面上，板的左端有一质量为m′的小物体(可视为质点)，物体上连接一根很长的细绳，细绳跨过位于桌边的定滑轮．某人以恒定的速度v向下拉绳，物体最多只能到达板的中点，已知整个过程中板的右端都不会到达桌边定滑轮处．试求：

(1)当物体刚到达木板中点时木板的位移；

(2)若木板与桌面之间有摩擦，为使物体能达到板的右端，板与桌面之间的

动摩擦因数应满足什么条件

例1如图1所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B，A、B间的最大静摩擦力为μmg，现用水平拉力F拉B，使A、B以同一加速度运动，求拉力F的最大值。

变式1例1中若拉力F作用在A上呢如图2所示。

变式2在变式1的基础上再改为：B与水平面间的动摩擦因数为（认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力），使A、B以同一加速度运动，求拉力F的最大值。

例2 如图3所示，质量M=8kg的小车放在光滑的水平面上，在小车右端加一水平恒力F，F=8N，当小车速度达到1．5m/s时，在小车的前端轻轻放上一大小不计、质量m=2kg的物体，物体与小车间的动摩擦因数μ=0．2，小车足够长，求物体从放在小车上开始经t=1．5s通过的位移大小。（g取10m/s2）

练习1如图4所示，在水平面上静止着两个质量均为m=1kg、长度均为L=1．5m的木板A和B，A、B间距s=6m，在A的最左端静止着一个质量为M=2kg的小滑块C，A、B与C之间的动摩擦因数为μ1=0．2，A、B 与水平地面之间的动摩擦因数为μ2=0．1。最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力。现在对C施加一个水平向右的恒力F=4N，A和C开始运动，经过一段时间A、B相碰，碰后立刻达到共同速度，C瞬间速度不变，但A、B并不粘连，求：经过时间t=10s时A、B、C的速度分别为多少（已知重力加速度g=10m/s2）

练习2如图5所示，质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数，

在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数，取g=10m/s2，试求：

（1）若木板长L=1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端

（2）若在铁块上施加一个大小从零开始连续增加的水平向右的力F，通过分析和计算后，请在图6中画出铁块受到木板的摩擦力f2随拉力F大小变化的图象。（设木板足够长）

2.解析：主要考查摩擦力和牛顿第二定律。木块和木板之间相对静止时，所受的摩擦力为静摩擦力。在达到最大静摩擦力前，木块和木板以相同加速度运动，根据牛顿第二定律2

121m m kt

a a +==。木块和木板相对

运动时， 1

21m g

m a μ=

恒定不变，g m kt

a μ-=

2

2。所以正确答案是A 。 3．【解析】：考查牛顿运动定律处理连接体问题的基本方法，简单题。对于多个物体组成的物体系统，若系统内各个物体具有相同的运动状态，应优先选取整体法分析，再采用隔离法求解。取A 、B 系统整体分析有A =()()A B A B f m m g m m a μ+=+地，a =μg ，B 与A 具有共同的运动状态，取B 为研究对象，由牛顿第二定律有：=AB B B f m g m a μ==常数，物体B 做速度方向向右的匀减速运动，故而加速度方向向左。

例1．本题涉及到圆盘和桌布两种运动，先定性分析清楚两者运动的大致过程，形成清晰的物理情景，再寻找相互间的制约关系，是解决这一问题的基本思路。

桌布从圆盘下抽出的过程中，圆盘的初速度为零，在水平方向上受桌布对它的摩擦力F 1=μ1mg 作用，做初速为零的匀加速直线运动。桌布从圆盘下抽出后，圆盘由于受到桌面对它的摩擦力F 2=μ2mg 作用，做匀减速直线运动。

设圆盘的品质为m ，桌长为L ，在桌布从圆盘下抽出的过程中，盘的加速度为a 1，则根据牛顿运动定律有

μ1mg =ma 1，

桌布抽出后，盘在桌面上做匀减速运动，以a 2表示加速度的大小，有

μ2mg =ma 2。

设盘刚离开桌布时的速度为v 1，移动的距离为x 1，离开桌布后在桌面上再运动距离x 2后便停下，

则有 112

1

2x a v =，22212x a v =，

盘没有从桌面上掉下的条件是 122

x L

x -≤

， 设桌布从盘下抽出所经历时间为t ，在这段时间内桌布移动的距离为x ，有 22

1at x =，21121

t a x =，

而 12

x L

x +=

， 由以上各式解得 g a 12

2

12μμμμ+≥

。

10.答：B C

解：对于物块，由于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，B 正确；撤掉拉力后，对于木板，由作用力与反作用力可知受到物块给它的向左的摩擦力作用，则木板的速度不断减小，直到二者相对静止，而做匀速运动，C 正确；由于水平面光滑，所以不会停止，D 错误。

14.解析:(1)撤力前木板加速,设加速过程的位移为x 1,加速度为a 1,加速运动的时间为t 1;撤力后木板减速,设减速过程的位移为x 2,加速度为a 2,减速运动的时间为t 2.由牛顿第二定律得撤力前: F －μ(m +M )g =Ma 1(1分) 解得21m/s 3

4

=

a (1分) 撤力后:μ(m +M )g =Ma 2(1分) 解得22m/s 38

=

a (1分) 2

22221112

1,21t a x t a x ==(1分)

为使小滑块不从木板上掉下,应满足x 1+x 2≤L(1分) 又a 1t 1=a 2t 2(1分) 由以上各式可解得t 1≤1 s

所以水平恒力作用的最长时间为1 s.(1分)

(2)由上面分析可知,木板在拉力F 作用下的最大位移m 3

2

m 134********=??=+t a x (1分) 可得F 做功的最大值.J 8J 3

2

121=?==Fx W (1分) 答案:(1)1 s (2)8 J

10．解析：物块相对于木板滑动，说明物块的加速度小于木板的加速度，撤掉拉力后木板向右的速度大于物块向右的速度，所以它们之间存在滑动摩擦力，使木块向右加速，木板向右减速，直至达到向右相同的速度，所以B 、C 正确． 答案：BC

17．解析：(1)m 与M 间最大静摩擦力F 1＝μmg ＝ N ，当m 与M 恰好相对滑动时的加速度为： F 1＝ma m ，a m ＝＝ m/s 2＝3 m/s 2， 则当a ＝ m/s 2时，m 未相对滑动， 所受摩擦力F ＝ma ＝× N ＝ N

(2)当a ＝ m/s 2时，m 与M 相对滑动，摩擦力F f ＝ma m ＝×3 N ＝ N 隔离M 有F －F f ＝Ma

F＝(M＋m)a＝×3 N＝N

(4)当F＝N时，a＝m/s2

a物体＝3 m/s2

a相对＝－3) m/s2＝m/s2

由L＝a相对t2，得t＝2 s.

答案：(1) N(2) N(3) N(4)2 s

16．[答案](1)20N(2)4m/s

[解析](1)木板与地面间压力大小等于(M＋m)g①

故木板所受摩擦力F f＝μ(M＋m)g＝20N②

(2)木板的加速度a＝＝5m/s2③

滑块静止不动，只要木板位移小于木板的长度，滑块就不掉下来，根据v－0＝2ax得

v0＝＝4m/s④

即木板初速度的最大值是4m/s.

17．[答案](1)(2)6m/s，方向向左

[解析](1)对平板车施加恒力F后，平板车向右做匀减速直线运动，加速度大小为

a＝＝5m/s2

平板车速度减为零时，向右的位移

s0＝＝<＝

之后，平板车向左匀加速运动，小球从B端落下，此时车向左的速度

v1＝＝5m/s

小球从放到平板车上，到脱离平板车所用时间

t1＝＝

小球离开平板车后做自由落体运动，设下落时间为t2，则h＝gt

解得t2＝＝

所以，小球从放到平板车上开始至落到地面所用的时间

t＝t1＋t2＝

(2)小球落地瞬间，平板车的速度v2＝v1＋at2

解得v2＝6m/s，方向向左

13．[答案](1)F>20N(2)2s

[解析](1)小滑块与木块间的滑动摩擦力

Fμ＝μF N＝μmg.

小滑块在滑动摩擦力Fμ作用下向右做匀加速运动的加速度

a1＝＝μg＝4m/s2.

木板在拉力F和滑动摩擦力Fμ作用下向右做匀加速运动的加速度a2＝，

使m能从A上滑落的条件为a2>a1，

即>，

解得F>μ(M＋m)g＝20N.

(2)设m在M上面滑行的时间为t，恒力F＝，木板的加速度a2＝＝s2，小滑块在时间t内运动位移s1＝a1t2，木板在时间t内运动的位移s2＝a2t2，又s2－s1＝L，解得t＝2s.

18．【解析】(1)m与m′相对滑动过程中

m′做匀速运动，有：vt＝s1①

m做匀加速运动，有：vt＝s2②

(2)设m与m′之间动摩擦因数为μ1

当桌面光滑时有：m′gμ1＝ma1④

v2＝2a1s2⑤

由④⑤解得：μ1＝

如果板与桌面有摩擦，因为m与桌面的动摩擦因数越大，m′越易从右端滑下，所以当m′滑到m右端两者刚好共速时该动摩擦因数最小，设为μ2

对m有：ma2＝m′gμ1－(m′＋m)gμ2⑥

t′＝s2′⑦

v2＝2a2s2′⑧

对m′有：vt′＝s1′⑨

s1′－s2′＝L⑩

联立解得：μ2＝

所以桌面与板间的动摩擦因数μ≥

例1分析：为防止运动过程中A落后于B（A不受拉力F的直接作用，靠A、B间的静摩擦力加速），A、B 一起加速的最大加速度由A决定。

解答：物块A能获得的最大加速度为：．

∴A、B一起加速运动时，拉力F的最大值为：

．

变式1解答：木板B能获得的最大加速度为：。

∴A、B一起加速运动时，拉力F的最大值为：．

变式2解答：木板B能获得的最大加速度为：

设A、B一起加速运动时，拉力F的最大值为F m，则：

解得：

例2解答：物体放上后先加速：a1=μg=2m/s2

此时小车的加速度为：

当小车与物体达到共同速度时：v共=a1t1=v0+a2t1

解得：t1=1s ，v共=2m/s

以后物体与小车相对静止：（∵，物体不会落后于小车）

物体在t=1．5s内通过的位移为：s=a1t12+v共（t－t1）+ a3（t－t1）2=2．1m

练习1解答：假设力F作用后A、C一起加速，则：

∵∴假设成立

在A、C滑行6m的过程中：∴v1=2m/s

A、B相碰过程，由动量守恒定律可得：mv1=2mv2 ∴v2=1m/s

此后A、C相对滑动：，故C匀速运动；

，故AB也匀速运动。

设经时间t2，C从A右端滑下：v1t2－v2t2=L∴t2=1．5s

然后A、B分离，A减速运动直至停止：a A=μ2g=1m/s2，向左

，故t=10s时，v A=0．

C在B上继续滑动，且C匀速、B加速：a B=a0=1m/s2

设经时间t4，C．B速度相等：∴t4=1s

此过程中，C．B的相对位移为：，故C没有从B的右端滑下。然后C．B一起加速，加速度为a1，加速的时间为：

故t=10s时，A、B、C的速度分别为0，2．5m/s，2．5m/s．

练习2（解答略）答案如下：（1）t=1s

（2）①当F≤N时，A、B相对静止且对地静止，f2=F；

②当2N

③当F>6N时，A、B发生相对滑动，N．

画出f2随拉力F大小变化的图象如图7所示。