牛顿第二定律实验,探究力与加速度的奇妙关系,动手实验超有意思

第四类:关键点分析

当两个物体即将发生分离时,它们之间的临界状态可以由以下条件判定:

1.加速度相等;

2.接触面相互作用力:弹力刚好消失;摩擦力达到最大静摩擦力。

3.从接触面分离的必要条件包括:(1)两者加速度与速度保持一致;(2)接触面之间的正压力为零。

【经典范例】

例1、一个木制平板 M 处于静止状态并放置在无摩擦的水平面上,木板上有一个质量为 m的小滑块,两者之间的动摩擦系数为 μ。现施加一个水平力 F ,要使滑块从平板上完全滑落,求力 F 应满足的数值范围。

【详解】

例2、如图所示,一根细绳的一端固定在倾角为45°的斜面体顶端 P,另一端系有一个质量为m的小球。请解答以下问题:

(1)斜面体至少需要以多大的加速度向左运动,才能使小球对斜面的支撑力为零?

(2)若斜面体以 a=2g 的加速度向左运动,求此时绳子的拉力大小?

【详解】(1)对小球进行受力分析,其受到重力和绳子的拉力作用。根据牛顿第二定律,可以列出以下方程:

水平方向:F合=Fcos45°=ma

竖直方向:Fsin45°=mg

解得:a=g

(2)当斜面体以a=2g的加速度向左运动时,对小球进行受力分析(如图2所示)。由于a=2g>g,小球将会脱离斜面。假设绳子的拉力与水平面夹角为θ,根据牛顿第二定律,有:

F合=Fcosθ=ma=2mg Fsinθ=G

解得:

tanθ=1/2

F=Gsinθ=5mg

答:(1)当斜面体至少以a=g的加速度向左运动时,小球对斜面的压力为零;

(2)当斜面体以a=2g的加速度向左运动时,绳子的拉力大小为5mg.