高考物理平衡方程題有很多,以下列舉幾個例子:
1. 輕繩一端系一質量為M的物體,放在傾角為θ的斜面上,另一端通過一光滑小孔用彈簧測力計懸掛一質量為m的小球,系統處于平衡狀態,則彈簧測力計的讀數為多少?
2. 質量為M的物塊A與質量為m的物塊B之間有摩擦,已知A靜止,B在A上拉力作用下向右運動,已知A、B間最大靜摩擦力為Fmax,要使B在A上運動,拉力至少為多少?此時A受到的摩擦力多大?
3. 質量為M的小車放在光滑水平面上,在小車左端加一水平恒力F,當小車向右運動速度為V時,在車前端輕輕放上一塊物塊(質量為m),物塊與小車間的動摩擦因數為u,此后小車的速度將如何變化?求小車與物塊發生相對滑動前后的速度之比。
4. 質量為M的小車放在光滑水平面上,在小車左端加一水平恒力F,當小車向右運動速度為V時,在車前端輕輕放上一塊物塊(質量為m),物塊與小車間的動摩擦因數為u,求物塊從放上小車到離開小車的時間。
以上問題中都涉及到物體的平衡方程,需要運用牛頓第二定律和運動學公式進行求解。
題目:
有一個質量為 m 的小車,在水平面上以一定的速度 v 勻速運動。小車前方有一塊高度為 h 的木塊,小車在運動過程中突然受到一個大小為 F 的水平外力作用。小車與木塊之間的摩擦系數為 μ。求小車與木塊碰撞前后的速度變化。
分析:
mg = N + f
f = μ(N + m)g
f = μmg
其中,f 是小車對木塊的摩擦力,m 是木塊的質量。
解答:
1. mg = N + f
2. f = μ(N + m)g
3. f = μmg
解得:
f = μmg - F
N = mg - μmg + F
v' = v - (μg - F)t
v'' = 0 - (μg - F)t
其中,v' 是小車碰撞前的速度,v'' 是小車碰撞后的速度。t 是小車與木塊碰撞的時間。
例題答案:
假設小車的初速度為 v = 5 m/s,木塊的質量為 m = 1 kg,小車與木塊之間的摩擦系數為 μ = 0.5,水平外力 F = 10 N。求小車與木塊碰撞前后的速度變化。
f = 5 N
N = 6 N
v' = 5 m/s
v'' = 0 m/s