高中物理 斜面问题

1 斜面问题斜面问题 模型解读 模型解读 斜面模型是高中物理中最常见的模型之一 斜面问题千变万化 斜面既可能光滑 也可能粗 糙 既可能固定 也可能运动 运动又分匀速和变速 斜面上的物体既可以左右相连 也可以上下叠加 物体之间可以细绳相连 也可以弹簧相连 求解斜面问题 能否做好斜面上物体的受力分析 尤其是斜 面对物体的作用力 弹力和摩擦力 是解决问题的关键 对沿粗糙斜面自由下滑的物体做受力分析 物体受重力 mg 支持力 FN 动摩擦力 f 由于支持力 则动摩擦力 而重力平行斜面向下的分力为 所以当 cosmgFN cosmgFf N sinmg 时 物体沿斜面匀速下滑 由此得 亦即 cossinmgmg cossin tan 所以物体在斜面上自由运动的性质只取决于摩擦系数和斜面倾角的关系 所以物体在斜面上自由运动的性质只取决于摩擦系数和斜面倾角的关系 当时 物体沿斜面加速速下滑 加速度 tan cos sin ga 当时 物体沿斜面匀速下滑 或恰好静止 tan 当时 物体若无初速度将静止于斜面上 tan 模型拓展模型拓展 1 物块沿斜面运动性质的判断 物块沿斜面运动性质的判断 例例 1 多选 物体 P 静止于固定的斜面上 P 的上表面水平 现把物体 Q 轻轻地叠放在 P 上 则 A P 向下滑动 B P 静止不动 C P 所受的合外力增大 D P 与斜面间的静摩擦力增大 模型拓展模型拓展 2 物块受到斜面的摩擦力和支持力的分析 物块受到斜面的摩擦力和支持力的分析 例例 2 如图 在固定斜面上的一物块受到一外力 F 的作用 F 平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静 止 F 的取值应有一定的范围 已知其最大值和最小值分别为 F1和 F2 F2 0 由此可求出 A 物块的质量 B 斜面的倾角 C 物块与斜面间的最大静摩擦力 D 物块对斜面的压力 点评 点评 本题考查受力分析 力的分解 摩擦力 平衡条件 关键是要根据题述 利用最大静摩擦力平行斜面向上 平行斜 面向下两种情况 应用平衡条件列出两个方程得出物块与斜面的最大静摩擦力的表达式 例例 3 如图所示 细线的一端系一质量为 m 的小球 另一端固定在倾角为 的光滑斜面体顶端 细线与 斜面平行 在斜面体以加速度 a 水平向右做匀加速直线运动的过程中 小球始终静止在斜面上 小球受 到细线的拉力 T 和斜面的支持力为 FN分别为 重力加速度为 g A T m gsin acos FN m gcos asin B T m gsin acos FN m gsin acos C T m acos gsin FN m gcos asin m g f FN y x 2 D T m asin gcos FN m gsin acos 3 模型拓展模型拓展 3 叠加物块沿斜面运动时的受力问题 叠加物块沿斜面运动时的受力问题 例例 4 如图 光滑斜面固定于水平面 滑块 A B 叠放后一起冲上斜面 且始终保持相对静止 A 上表面 水平 则在斜面上运动时 B 受力的示意图为 点评 点评 斜面上的物块叠加问题 有如图甲 乙所示两种情况 在甲图中 已知 A 上表面是水平的 若 A B 一起沿斜面匀速下 滑 则 A 物体处于平衡状态 A 不受摩擦力且 B 对 A 的支持力等 于 A 的重力 若斜面光滑 A B 一起沿斜面匀加速下滑 由牛顿定律可求出加 速度 则 A 所受合力应该沿斜面向下 A 受到 B 的摩擦力水平向左 且 B 对 A 的支持力小 singa 于于 A 的重力 在乙图中 A B 上 下表面均与斜面平行 若 A B 一起沿斜面匀速下滑 则 A 物体处于平衡状态 A 受摩擦力沿斜面向上 若斜面光滑 A B 一起沿斜面匀加速下滑 则 A 不受摩擦力 singa 例例 5 多选 如图所示 在倾角为 的光滑斜劈 P 的斜面上有两个用轻质弹簧相连的物块 A B C 为一 垂直固定在斜面上的挡板 A B 质量均为 m 弹簧的劲度系数为 k 系统静止于光滑水平面 现开始用 一水平力 F 从零开始缓慢增大作用于 P 物块 A 一直没离开斜面 重力加速度 g 下列说法正确的是 A 力 F 较小时 A 相对于斜面静止 F 增加到某一值 A 相对于斜面向上滑行 B 力 F 从零开始增加时 A 相对斜面就开始向上滑行 C B 离开挡板 C 时 弹簧伸长量为 D B 离开挡板 C 时 弹簧为原长 模型拓展模型拓展 4 斜面和地面的作用力分析 斜面和地面的作用力分析 例例 6 倾角为 质量为 M 的斜面体静止在水平桌面上 质量为 m 的木块静止在斜面体上 下列结论正 确的是 A 木块受到的摩擦力大小是 mgcos B 木块对斜面体的压力大小是 mg sin C 桌面对斜面体的摩擦力大小是 mg sin cos D 桌面对斜面体的支持力大小是 M m g 点评 点评 物块在斜面体上运动时 不仅物块和斜面间有相互作用 斜面和支撑斜面体的水平面 桌面或地 面 间也有相互作用 斜面和支撑面间的相互作用力问题往往与斜面上物体的受力和运动情况有关 B A 甲 B A 乙 4 静止 静止 运动 图甲中 图甲中 物体 m 静止于斜面 M 上 可以整体为研究对象 地面对斜面的支持力大小为 gMmFN 由于重力支持力都在竖直方向上 则地面对斜面没有摩擦力 图乙中 图乙中 物体 m 受到平行斜面向上的力 F 作用静止于斜面 M 上 以整体为研究对象 地面对斜面的支持 力大小为 地面对斜面的摩擦力大小为 方向向左 sin FgMmFN cosFf 图丙中 图丙中 物体 m 沿光滑斜面下滑 物体 m 对斜面的压力垂直斜面向下 使斜面有向右运动的趋势 则地 面对斜面有向左的静摩擦力 由于物块有沿斜面向下的加速度 则地面对斜面支持力 gMmFN 例例 7 如图所示 斜劈 A 静止放置在水平地面上 木桩 B 固定在水平地面上 弹簧 K 把物体与木桩 相连 弹簧与斜面平行 质量为 m 的物体和人在弹簧 K 的作用下沿斜劈表面向下运动 此时斜劈受到地 面的摩擦力方向向左 则下列说法正确的是 A 若剪断弹簧 物体和人的加速度方向一定沿斜面向下 B 若剪断弹簧 物体和人仍向下运动 A 受到的摩擦力方向可能向右 C 若人从物体 m 离开 物体 m 仍向下运动 A 受到的摩擦力可能向右 D 若剪断弹簧同时人从物体 m 离开 物体 m 向下运动 A 可能不再受到地面摩擦力 举一反三 当 满足什么条件时 物体会沿斜劈匀速下滑 例例 8 如图甲所示 在粗糙水平面上静置一个截面为等腰三角形的斜劈 A 其质量为 M 两个底角 均为 30 两个完全相同的 质量均为 m 的小物块 p 和 q 恰好能沿两侧面匀速下滑 若现在对两物块同时 各施加一个平行于斜劈侧面的恒力 F1 F2 且 F1 F2 如图乙所示 则在 p 和 q 下滑的过程中 正确的 是 A 斜劈 A 对地向右运动 B 斜劈 A 受到地面向右的摩擦力作用 C 斜劈 A 对地面的压力大小等于 M 2m g D 斜劈 A 对地面的压力大于 M 2m g 模型拓展模型拓展 5 物体在斜面运动的速度和时间问题 物体在斜面运动的速度和时间问题 例例 9 多选 三个长度不同的光滑斜面 其斜面顶端分别处于同一竖直线上 底 端处于同一点 已知斜面 AO 与水平面的夹角为 60 斜面 BO 与水平面的夹角为 45 斜面 CO 与水平面的夹角为 30 三个质点 ABC 分别从斜面顶端无初速度沿光 滑斜面下滑 则 A 质点 A 最先到达 O 点 B 质点 B 最先到达 O 点 C 质点 C 最先到达 O 点 D 质点 AC 同时到达 O 点 点评 三个底边长度相同 但倾角不同的光滑面 当延倾角点评 三个底边长度相同 但倾角不同的光滑面 当延倾角 45 下滑时 用时最短 滑到最低点的速度大小由高度决定 下滑时 用时最短 滑到最低点的速度大小由高度决定 5 例例 10 如图所示 在竖直平面内建立直角坐标系 xOy 该平面内有 AM BM CM 三条光滑固定轨道 其中 A C 两点处于同一个圆上 C 是圆上任 意一点 A M 分别为此圆与 x y 轴的切点 B 点在 y 轴上且 BMO 60 O 为 圆心 现将 a b c 三个小球分别从 A B C 点同时由静止释放 它们将沿轨道 运动到 M 点 如所用时间分别为 tA tB tC 则 tA tB tC大小关系是 A tA tC tB B tA tC tB C tA tC tB D 由于 C 点的位置不确定 无法比较时间大小关系 例例 11 多选 如图所示 三个小球 a b c 分别从三个光滑斜面顶端由静止下滑 其中 a b 所在的两 光滑斜面的总长度相等 高度也相同 a c 所在斜面底边相同 若球经过图上斜面转折点时无能量损失 则下列说法正确的是 A a 比 b 后着地B a 与 c 可能同时着地 C a 和 b 可能同时着地D a b c 着地时速度大小可能相等 解析 这题若是通过计算运动时间的代数表达式 难度比较大 可利用速度时间图像 分析图像面积来判断落地速度和时 间 模型拓展模型拓展 6 物体在斜面运动的图像问题 物体在斜面运动的图像问题 例例 12 多选 如图甲所示 水平地面上固定一足够长的光滑斜面 斜面顶端有一理想定滑轮 一轻绳 跨 过滑轮 绳两端分别连接小物块 A 和 B 保持 A 的质量不变 改变 B 的质量 m 当 B 的质量连续改 变时 得到 A 的加速度 a 随 B 的质量 m 变化的图线 如乙图所示 设加速度沿斜面向上的方向为正方向 空气阻力不计 重力加速度 g 取 9 8m s2 斜面的倾角为 下列说法正确的是 A 若 已知 可求出 A 的质量 B 若 未知 可求出乙图中 a1的值 C 若 已知 可求出乙图中 a2的值 D 若 已知 可求出乙图中 m0的值 例例 13 如图所示 一物体以速度 v0冲上粗糙的固定斜面 经过 2t0时间返回斜面底端 则物体运动的速度 v 以初速度方向为正 随时间 t 的变化关系可能正确的是 6 课后作业课后作业 1 如图 放在固定斜面上的物块以加速度 a 沿斜面匀加速下滑 若在物块上再施加一竖直向下的恒力 F 则 A 物块可能匀速下滑 B 物块仍以加速度 a 匀加速下滑 C 物块将以大于 a 的加速度匀加速下滑 D 物块将以小于 a 的加速度匀加速下滑 如果把 F 换成一个质量 m 的物体选哪个 2 如图所示 A B 两球质量相等 光滑斜面的倾角为 图甲中 A B 两球用轻弹簧相连 图乙中 A B 两球用轻质杆相连 系统静止时 挡板 C 与斜面垂直 轻弹簧 轻杆均与斜面平行 则在突然撤去 挡板的瞬间有 A 两图中两球的加速度均为 gsin B 两图中 A 球的加速度均为零 C 图乙中轻杆的作用力一定不为零 D 图甲中 B 球的加速度是图乙中 B 球加速度的 2 倍 3 多选 如图所示 圆柱形的仓库内有三块长度不同的光滑滑板 AO BO CO 其下 部都固定在底部圆心 O 而上端则搁在仓库侧壁上 三块滑板与水平面的夹角依次是 30 45 60 若有三个装满粮食的麻袋同时分别放在三滑板的 A B C 处从静止开始下滑 则 A A 处麻袋最先到达 O 点 B B 处麻袋最先到达 O 点 C C 处麻袋最先到达 O 点 D AC 处麻袋同时到达 O 点 4 如图 质量为 M 的三角形木块 a 放在水平面上 把另一质量为 m 的木块 b 放在 a 的斜面上 斜 面倾角为 对 a 施一