高一物理:常见四种典型的临界条件

B站影视 2024-12-26 13:58 1

摘要:两物体接触时,当支持力为零就会出现脱离情况。例如,一个物体在竖直向上的力作用下与另一物体表面接触,当向上的力足够大,使得支持力减小到零时,物体就会和接触面脱离。

一:接触与脱离临界

两物体接触时,当支持力为零就会出现脱离情况。例如,一个物体在竖直向上的力作用下与另一物体表面接触,当向上的力足够大,使得支持力减小到零时,物体就会和接触面脱离。

像把一个小物块放在弹簧上,当用力向上拉物块,弹簧弹力减小,当弹力减小到零的瞬间,就是物块与弹簧即将脱离的临界状态。

1.速度,加速度最后一次相等(a₁=a₂)

2.虽然仍然接触,但接触面弹力为零(FN=0)

例题:如图所示,

细线的一端固定在倾角为30°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球,静止时细线与斜面平行(已知重力加速度大小为g)。则下列说法正确的是

A.当滑块向左做匀速运动时,细线的拉力大小为mg

B.若滑块以加速度a=g向左加速运动时,小球对滑块的压力为零

C.当滑块以加速度a=2g向左加速运动时,细线中拉力大小为2mg

D.当滑块以加速度a=√3g向左加速运动时,细线中拉力大小为2mg

例题:如图甲所示,A、B两物体放置在粗糙的水平桌面上,轻质弹簧一端固定在墙壁上,另一端拴接物体A。A、B接触但不粘连,它们与水平桌面间的动摩擦因数均为μ,压缩弹簧使A、B恰好不滑动,mA=mB=5 kg。给物体B施加力F的作用使之做匀加速直线运动,F与位移s的关系如图乙所示,

则下列结论正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g=10 m/s²)

A.物体与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.2

B.物体A、B分离时加速度相同,大小均为a=2 m/s²

C.物体A、B分离时,弹簧压缩量x₂=0.06 m

D.开始有F作用时,弹簧压缩量x₁=0.05 m

例题:如图所示,

物块A、B、C的质量均为m,其中物块A、B上下叠放,A放在轻弹簧上,B、C通过一绕过光滑轻质定滑轮的轻绳相连,用手托住C使绳子处于恰好伸直无拉力的状态。某一时刻突然释放C,一段时间后A、B分离,此时C还未触地,重力加速度为g,下列说法正确的是

A.释放C瞬间,A、B间的弹力大小为mg

B.A、B分离之前物块B做匀加速运动

C.A、B分离时,物块A的速度恰好达到最大值

D.A、B分离时,连接B、C的绳子拉力大小为2mg

例题:货车司机常说的“饿死不拉卷”是因为钢卷的重量很大,如果车速过快,急刹车时,驾驶舱后的钢卷容易发生滚动,从而与驾驶舱相撞造成交通事故。有人在高速路上拍下卡车运载钢卷的情景如图甲所示,半径为R的圆形钢卷没有采用其他的固定方式,只在钢卷的前、后各用一块三角尖楔顶在钢卷下端,三角尖楔与钢卷接触点距离水平车面高度为h,如图乙所示。

若尖楔相对车面不滑动,重力加速度为g,钢卷与尖楔的摩擦力不计,在突发情况下,为了保证钢卷不离开车面,则卡车的刹车加速度大小不能超过?

二:相对滑动临界

当静摩擦力达到最大值时,物体间就会发生相对滑动。比如在水平面上放置一个木块,在木块上施加一个逐渐增大的拉力,木块与平面间有静摩擦力。

当拉力使得静摩擦力达到最大静摩擦力时,再稍微增大拉力,木块就会相对于平面滑动,此时的状态就是相对滑动临界状态。

特点:静摩擦力已经达到最大值(f静=fmax)

一个系统内有多个静摩擦力时,这些静摩擦力不一定同时达到最大值,要判定在不同条件下哪一个先达到最大值。

例题:如图所示,

质量分别为m、M的两物块A、B叠放在光滑的水平面上,m∶M=2∶1,A、B间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,用水平力分别作用在A、B上,恰能使A、B不发生相对滑动时,其作用力分别是如图中的F₁、F₂。则F₁∶F₂等于

A.1∶3

B.3∶1

C.1∶2

D.2∶1

例题:如图所示,

质量为M的斜面体置于水平面上,将一个质量为m的小物块放在斜面上,若向右对小物块施加恒力F₁或向左对斜面体施加恒力F₂,都能恰好使得两者不相对滑动。不计一切摩擦,F₁和F₂的大小之比为

A.m∶M

B.M∶m

C.(M+m)∶M

D.(M+m)∶m

例题:马车是古代的主要运输工具,如图所示为一匹马水平拉车,

车上面有两个木板A和B,A、B之间和B与车之间接触面都水平,A、B之间的动摩擦因数为μ₁,B与车之间的动摩擦因数为μ₂,A的质量为m,B的质量为2m,车的质量为5m,地面对车的摩擦力不计,马给车的水平拉力为F,A、B始终没有离开车表面,重力加速度为g,则下列说法正确的是

A.若μ₁>μ₂,逐渐增大F,A会相对B先滑动

B.若μ₁>μ₂,逐渐增大F,当F=8μ₂mg时,B与车即将开始相

C.若μ₁

D.若μ₁

例题:如图所示,

平板小车上固定一竖直杆,小物块通过一根恰好伸直的细线与杆相连,细线与杆间的夹角θ=37°。已知物块的质量m=2 kg,物块与平板车间的动摩擦因数为μ=0.4,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度取g=10 m/s²,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。当物块随小车一起向右做匀加速直线运动时,下列说法正确的是

A.加速度越大,细线对物块的拉力越大

B.当加速度a=3 m/s²时,细线对物块的拉力大小为10 N

C.当加速度a=7 m/s²时,细线对物块的拉力大小为10 N

D.当加速度a=10 m/s²时,细线对物块的拉力大小为20 N

有时候要同时满足弹力和摩擦力的临界条件。

即FN≥0且f静≤fmax

例题:如图所示,

光滑水平地面上有一质量为2m的小车在水平推力F的作用下加速运动.车厢内有质量均为m的A、B两小球,两球用轻杆相连,A球靠在光滑左壁上,B球处在车厢水平底面上,且与底面的动摩擦因数为μ,杆与竖直方向的夹角为θ,杆与车厢始终保持相对静止,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.下列说法中正确的是( D )

A.若B球受到的摩擦力为零,则F=2mgtanθ

B. 若推力F向左,且 tanθ≤μ,则F的最大值为2mgtanθ

C. 若推力F向左,且μ<tanθ≤2μ,则F的最大值为2mg(2μ-tanθ)

D. 若推力F向右,且 tan θ>2μ,则F的范围为4mg(tanθ-2μ)≤F≤4mg(tanθ+2μ)

三:绳子绷紧与松弛临界

绳子绷紧时可以提供拉力,松弛时则不能。在绳子连接物体做圆周运动时,当绳子拉力刚好减小到零,绳子就处于松弛临界状态。

例如,用绳子拴住一个小球在竖直平面内做圆周运动,当小球运动到最高点速度较小时,绳子拉力减小,当拉力为零的瞬间就是绳子松弛临界,小球将做抛体运动。

绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛与绷直的临界条件是绳中张力T=0

例题:如图所示,

沿水平面运动的小车里,用两根轻质细线A、B悬挂一个小球,两根细线与竖直方向的夹角均为θ=30°,小车光滑底板上有一个用轻质弹簧拴着的物块,弹簧处于拉伸状态,小球和物块的质量均为m,均相对小车静止,重力加速度为g,下列说法正确的是

A.小车一定做水平向右的匀加速运动

B.两根细线的拉力都不可能为0

C.两根细线的拉力有可能相等

D.弹簧的弹力大小可能为√3mg/3

四:加速度最大最小临界

物体在多个力作用下,当某个力变化时,加速度会随之变化。如一个物体受弹簧弹力和摩擦力,当弹簧弹力最大或最小时,加速度就会达到相应的最大值和最小值。

以在粗糙斜面上放置一个与弹簧相连的物体为例,当弹簧拉伸或压缩到极限时,物体受到的合外力达到极值,加速度也就达到最大或最小临界状态。

速度达到最值的临界条件:速度达到最大或最小的临界条件是切向加速度aτ=0

例题:如图甲所示,

质量为1kg的物块放在水平面上,给物块施加如图乙所示的向上的拉力F,物块在空中运动过程中受到的空气阻力大小恒为2N,重力加速度取g=10m/s²。

(1)物块向上运动过程中最大速度为多少?

(2)若拉力作用一段时间后撤去,撤去拉力后物块还能上升1.5m的高度,则拉力作用的时间为多少?

来源:小牛物理

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