题目(2004年理科综合能力测试第25题)一小圆盘静止在....doc

题目(2004年理科综合能力测试第25题)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1所示已知盘与桌布间的动摩擦因数为1，盘与桌面间的动摩擦因数为2现突然以恒定加速度将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度满足的条件是什么?(以表示重力加速度) 图1分析圆盘的运动可以分为两个阶段：由于桌布以恒定加速度做加速运动，圆盘在桌布的带动下(受桌布提供的滑动摩擦力的作用)也做加速运动，要使两者之间发生相对运动，显然有1(圆盘的加速度)；当圆盘离开桌布后，圆盘已获得了一定的初速度，在桌面上做匀减速运动，直至停止，根据圆盘未从桌面掉下的临界条件的分析，其临界状态是盘子最后刚好停在桌边，恰好不掉离桌面此题有两个物理过程：盘先在桌布上做初速为零的匀加速运动，滑动摩擦力1为动力，后在桌面上做匀减速运动直至停止，滑动摩擦力2为阻力 解此题的关键是要能正确地理解、分析两个临界状态，一个是桌布何时与圆盘分离，另一个是盘恰好不掉离桌面的临界条件；有较多的考生对盘布分离状态分析错误，以为桌布运动到桌边时盘布才分离，若果真如此，此刻圆盘也该运动到桌边，且具有向前的速度，那势必会掉离桌面，错解反映出学生在把实际问题转化为物理问题的能力欠缺，无法建立正确的物理图景，分析综合能力有待提高，下面笔者就两个临界状态的求解介绍几种典型解法 确定桌布与圆盘分离的时间1 解法一（在惯性系中求解）设圆盘的质量为，桌长为，圆盘在桌布上做加速运动的加速度为1，则 111，桌布抽出后，圆盘在桌面上做匀减速运动，以2表示圆盘的加速度的大小，有222 以地面为参考系，设桌布从盘下抽出所经历的时间为1，在这段时间内桌布移动的位移为，圆盘移动的位移为1，有 (1/2)12，1(1/2)112 由题意分析可知，当桌布比圆盘多运动了(/2)的位移时，盘布分离，即 1(/2)，联立以上各式，可以解得 解法二（在非惯性系中求解）以圆盘为参考系，桌布相对圆盘的加速度为，桌布相对圆盘的位移为，由相对运动知识可知 1，(/2)，又(1/2)12，也可解出 确定圆盘恰好没有从桌面上掉下的条件 解法一（动力学原理求解）设圆盘刚离开桌布时的速度大小为，离开桌布后在桌面上再运动距离2时停止，有 211，222，盘没有从桌面上掉下的条件是 2(/2)1，由以上各式解得 (12)/21 解法二（动量定理求解）以圆盘为研究对象，对加速过程分析，圆盘受摩擦力冲量而获得动量，由动量定理得 11，设圆盘离开桌布后在桌面上做匀减速运动的时间为2，有 22(1/2)222(1/2)2(/2)1，从全过程看，使圆盘没有从桌面掉落是由于圆盘受到桌布对它的冲量等于桌面对它相反方向的冲量，即 1122，联立解得(12)/21 解法三（功能关系或动能定理求解）由功能关系或动能定理可知，圆盘之所以没有从桌面掉落，是由于桌布对圆盘所做的（正）功W1等于桌面对圆盘所做的（负）功W2，即 12， 又111， 2222（/21），解得(12)/21 解法四（-图象法求解)由题意作-图如图2所示，根据图象可知，OA直线表示桌布在从圆盘下抽出前的速度随时间的变化关系，OB直线表示圆盘加速的情形，BD直线则表示圆盘减速时的情形，曲线与轴之间的面积大小在数值上等于相应时间内的物体的位移大小，故有 图2OAB(1/2)（111）1(/2)，解得 OBD(1/2)（12）11(/2)，又1122，解得(12)/21 这是一道源自生活实际的问题，解决该类问题需要学生有一定的知识迁移能力和创新意识，能将实际问题转化成物理模型通过以上一个步骤多解，一题多解，在解法上各有特点，对于牛顿力学，由于学生更为熟悉，也容易理解，故考生大多数用动力学的观点求解；而动能定理和动量定理的方法是高中物理的基本解题思路，因其突出始末状态、忽略中间过程而备受青睐；图象法能直观地描述物理过程，清晰地表示出各物理量间的关系，形象地表达物理规律，使问题变得简单明了，使过程简化、优化，令人耳目一新究竟采用何种方法求解，应该根据每个考