每年的高考卷子里幾乎都有斜面模型的題目。 例如,2009年高考全國綜合理科卷一第25題、北京綜合理科卷第18題、天津綜合理科卷第1題、上海物理卷第22題等、第14題2008年高考全國理科綜合卷一題、全國理科綜合卷一第14題等理科綜合卷二第16題、北京理科綜合卷第20題、江蘇物理卷第7、15題等等。在之前的回顧中,我們給出了很多這個模型的例子和訓練。 當遇到這類問題時,以下結論可以幫助你更好更快地理解解題思路,選擇解題方法。
1、當自由釋放的滑塊能在斜面上勻速下滑時(如圖9-1A所示),m與M之間的動摩擦因數為μ=gtanθ。
2、自由釋放的滑塊處于斜面上(如圖9-1A所示):
(1)靜止或勻速下滑時,斜面M對水平地面的靜摩擦力為零;
(2)加速下降時,斜坡對水平地面的靜摩擦力向右水平;
(3)減速下滑時高中物理斜面滑塊,斜坡對水平地面的靜摩擦力是水平向左的。
3、當自由釋放的滑塊在斜坡上勻速下滑時(如圖9-1B所示),M對水平地面的靜摩擦力為零。 在此過程中,對m施加任意方向的力,(在m停止之前)M對水平地面的靜摩擦力仍然為零(參見圓書上的方法概述)。
圖9-1B
4、一輛掛有物體的汽車在斜坡上滑動(如圖9-2):
圖9-2
(1) 當向下加速度a=gsinθ時,吊繩穩定時垂直于斜坡;
(2)當向下加速度a>gsinθ時,吊繩穩定時會向上偏離垂直方向;
(3)當向下加速度a<gsinθ時,吊繩將偏離垂直方向并向下運動。
5、將一個小球以速度 v0 在傾斜角 θ 的斜面上水平拋出(如圖 9-3):
圖9-3
(1) 下坡時間t=;
(2) 斜面落下時,速度方向與水平方向夾角α恒定,且tan α=2tan θ,與初速度無關;
(3)tc=后,球距離斜坡最遠,最大距離為d=。
6. 如圖9-4所示,當整體加速度a=gtanθ向右時,m可以在斜面上保持相對靜止。
圖9-4
7. 在圖9-5所示的物理模型中,當回路總阻力一定且導軌光滑時,ab桿所能達到的穩定速度為vm=。
圖9-5
8、如圖9-6所示,當所有接觸面均光滑時,球從斜面頂部向下滑動時,斜面向后的位移為s=L。
圖9-6
●例1中有些問題你可能無法解決,但你仍然可以分析判斷這些問題的解決方案是否合理。 例如,分析解的物理量單位、解隨某些已知量變化的趨勢、解在某些特殊條件下的結果等,并與預期結果、實驗結論等進行比較,判斷解決方案的合理性或正確性。 性別。
示例如下:
如圖9-7A所示,質量為M、傾斜角為θ的滑塊A放置在水平地面上。 將質量為 m 的滑塊 B 放在 A 的斜面上。忽略所有摩擦力,有人計算了 B 相對于地面的加速度 a = gsin θ,其中 g 是重力加速度。
圖9-7A
對于上面的解法,有同學首先分析了等號右邊的數量單位,沒有發現問題。 他進一步利用特殊條件對解進行了以下四點分析和判斷,得到的結論是“解可能是正確的”。 但其中有錯誤之處,請指出[2008年高考·北京理科綜合試卷]()
A.當θ=0°時,解給出a=0,這與常識一致,表明解可能是正確的。
B.當θ=90°時,解得a=g,與實驗結論一致,表明解可能是正確的。
C.當M?m時,解給出a≈gsin θ,與預期結果相符,說明解可能是正確的。
D.當m?M時,解給出a≈,與預期結果相符,說明解可能是正確的。
【分析】當A固定時,很容易得到a = gsin θ; 當A放在光滑的水平面上時,B向下加速,A向左加速。 B不會沿斜面滑動,運動加速度難以計算。
圖9-7B
假設滑塊A底邊的長度為L,當B向下滑動時,A向左移動的距離為x。 根據動量守恒定律,我們得到:
M=m
解:x=
當m?M時,x≈L,即B的水平位移趨于零,B趨于自由落體,加速度a≈g。
選項D中,當m?M時,a≈>g顯然是不可能的。
[答案]D
【點評】本例中,如果m、M、θ、L有具體值,則可以假設B滑動到底部時速度v1的水平分量和垂直分量分別為v1x和v1y,則有:
==
mv1x2+mv1y2+Mv22=mgh
mv1x=Mv2
通過求解方程組,我們可以得到v1x、v1y、v1以及滑動過程中v1的方向和m相對于地面的加速度。
●例2 在傾斜角為θ的光滑斜面上,有兩個磁感應強度相同的均勻磁場。 一個方向垂直于斜面向上的方向,另一個方向垂直于斜面向下的方向(如圖9-8A所示)。 它們的寬度為L。當一個質量為m、邊長為L的方形線框以速度v進入上層磁場時,它恰好以勻速運動。
圖9-8A
(1) 當邊ab剛好穿過邊界ff′時高中物理斜面滑塊,線框的加速度是多??少,其方向是什么?
(2) 當ab邊到達gg′和ff′的正中間位置時,線框正好勻速運動。 然后線框開始進入上層磁場,當ab邊到達gg'和ff'的中間位置時,該過程結束。 ,線框中產生的焦耳熱是多少? (無論摩擦阻力如何,線框的ab面在運動過程中始終與磁場邊界平行)
【分析】(1)當線框的ab面剛從高處進入上層磁場時(如圖9-8中B中的位置①所示),線框恰好勻速運動,然后:
mgsinθ=BI1L
此時I1=
當線框的ab邊剛好越過邊界ff′時(如圖9-8B中的位置②所示),由于線框始終以勻速從位置①移動到位置②,所以ab邊和cd邊此時被切割的磁力線產生的感應電動勢同方向疊加,回路中的電流大小等于2I1。 因此,線框的加速度為:
圖9-8B
a==3gsin θ,方向沿斜坡向上。
(2) 當線框的 ab 邊緣到達 gg′ 和 ff′ 的正中位置時(如圖 9-8 中 B 中的位置 ③ 所示),線框正好勻速移動,表示 mgsin θ =4BI2L
因此I2=I1
由I1=可知,此時v′=v
從位置①到位置③,線框的重力勢能減少θ
動能減少 mv2-m()2=mv2
由于線框減少的機械能全部通過電能轉化為焦耳熱,因此有:
Q=θ+mv2。
【答案】(1)3gsin θ,方向沿斜坡向上
(2) θ+mv2
【點評】恒力作用下切割磁力線的線的運動是高中物理中常見的一類題。 它需要熟練地找到各種情況下的平衡速度。