质量M=2㎏的长木板置于光滑水平面上,质量均为1㎏的m1和m2两个小物块中间用一根处于原长的弹簧相连,它们与木板间动摩擦因素μ1=0.1和μ2=0.3,g=10m/s2
(1)若要将M从m1和m2中抽出、F至少应多大?
(2)此时弹簧弹力
(3)若木板足够长F从零开始逐渐增大,通过计算作出m2与M的摩擦力和F的关系图象
网友回答
解:
(1)根据题意,若将M从m1和m2中抽出,即把m1和m2看成一个整体,则M产生的加速度大于摩擦力作用下m1和m2整体的加速度:
对m1和m2而言摩擦力产生的最大加速度am=
所以要使M从m1和m2下抽出,则M产生的加速度aM>am
对M受力分析,根据牛顿第二定律可知,F=MaM+f1+f2
又因为f1=μ1m1g=1N,f2=μ2m2g=3N
∴
所以F至少为:F=MaM+f1+f2>8N
即F至少为8N;
(2)当F为8N时,系统的加速度a=,
对m1进行受力分析有,水平方向m1受到M对m1水平向右的最大摩擦力f1=1N,和弹簧对m1水平向右的弹力F1
根据牛顿第二定律可得:F1+f1=ma
∴弹簧弹力F=ma-f1=1×2-1N=1N
(3)在m1没有压缩弹簧时,m2受到M的摩擦力使m2与M一起向右加速,此时m2受到的摩擦力f使m2产生与M相同的加速度,根据牛顿第二定律有:
f=m2a==
由于m1所受最大摩擦力为1N,产生加速度最大为1m/s2,所以满足,时F的最大值为4
在m1开始压缩弹簧至m2开始滑动时,m2受到的摩擦力f和m1受到的最大摩擦力f1max使m1、m2产生与M相同的加速度:
f+f1max=(m1+m2)a
∴=
据题意,m2相对于M不滑动,m2产生的最大加速度为2m/s2,即F最大值为8N
当F>8N时,m2将开始滑动,所受摩擦力为恒力即f=μm2g,不随F的变化而变化.
故图象如下图所示:
答:(1)F至少为8N;
(2)此时弹簧的弹力为1N
(3)图象如上图所示.
解析分析:分析:要使M从从m1和m2中抽出,则M在接力F和摩擦力作用下产生的加速度要大于m1和m2在摩擦力作用下所产生的最大加速度,据此可以算出F的最小值;算出F的最小值后,再隔离m1或m2对m1或m2进行受力分析,根据牛顿第二定律可以算出此时弹簧的弹力F;m2所受摩擦力先使m2产生与M和m1一样的加速度,当m1开始压缩弹簧时,m2和m1所受摩擦力使m1和m2产生与M相同的加速度,当m2开始滑动后,滑动摩擦力与正压力成正比,所以此时滑动摩擦力为一恒力.
点评:正确对物体进行受力分析,确定物体静止到运动的临界状态,并能运用整体法和隔离法正确对系统或物体进行受力分析,根据牛顿运动定律求解.