如圖，質量M=1kg的木板靜止在水平面上，質量m=1kg、大小可以忽略的鐵塊靜止在木板的右端．設最大摩擦力等於...

問題詳情：

如圖，質量M=1kg的木板靜止在水平面上，質量m=1kg、大小可以忽略的鐵塊靜止在木板的右端．設最大摩擦力等於滑動摩擦力，已知木板與地面間的動摩擦因數μ1=0.1，鐵塊與木板之間的動摩擦因數μ2=0.4，取g=10m/s2．現給鐵塊施加一個水平向左的力F．

（1）若力F恆為8N，經1s鐵塊運動到木板的左端．求：木板的長度

（2）若力F從零開始逐漸增加，且木板足夠長．試通過分析與計算，在圖2中作出鐵塊受到的摩擦力f隨力F大小變化的圖象．

【回答】

考點：  牛頓第二定律；勻變速直線運動的位移與時間的關係．

專題：  牛頓運動定律綜合專題．

分析：  （1）根據牛頓第二定律分別求出鐵塊和木板的加速度，鐵塊相對木板的位移等於木板的長度時鐵塊滑到木板的左端，由位移公式求解木板的長度．

（2）若力F從零開始逐漸增加，根據F與鐵塊的最大靜摩擦力關係，以及鐵塊對木板的滑動摩擦力與木板所受地面的最大 靜摩擦力，分析鐵塊的運動狀態，確定平衡條件或牛頓第二定律研究鐵塊所受的摩擦力．

解答：  解：（1）由牛頓第二定律：

    對鐵塊：F﹣μ2mg=ma1…①

    對木板：μ2mg﹣μ1（M+m）g=Ma2…②

設木板的長度為L，經時間t鐵塊運動到木板的左端，則

…③

…④

又：s鐵﹣s木=L…⑤

聯立①②③④⑤解得：L=1m…⑥

（2）（i）當F≤μ1（m+M）g=2N時，系統沒有被拉動，靜摩擦力與外力平衡，即有：f=F

（ii）當F＞μ1（m+M）g=2N時，如果M、m相對靜止，鐵塊與木板有相同的加速度a，則：

   F﹣μ1（m+M）g=（m+M）a…⑦

   F﹣f=ma…⑧

解得：F=2f﹣2…⑨

此時：f≤μ1mg=4N，也即F≤6N…⑩

所以：當2N＜F≤6N時，

（iii）當F＞6N時，M、m相對滑動，此時鐵塊受到的摩擦力為：

f=μ2mg=4N

f﹣F圖象如圖所示

答：

（1）木板的長度為1m．

（2）f﹣F圖象如圖所示．

點評：  第1題關鍵抓住兩個物體的位移與木板長度的關係．第2題根據F與最大靜摩擦力的關係，分析物體的運動狀態是關鍵，要進行討論．

知識點：牛頓第二定律

題型：計算題