初中物理:如图所示,质量m=2.0kg的小铁块静止于水平导轨AB的A端,导轨及支架ABCD总质量M=4.0kg

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-01
质量为m=2.0kg的小铁块静止于水平导轨AB的A端.导轨及支架ABCD的形状如图,其重心在图中的O点,质量M=4

1s

当导轨刚要不能维持平衡时,C端受的力为零,此时导轨(及支架)受四个力作用:滑块对导轨的压力FN=mg,竖直向下,滑块对导轨的摩擦力Ff=μmg=10N,重力G=m′g,作用在O点,方向竖直向下,作用于轴D端的力.设此时的铁块走过的路程S,根据有固定转动轴物体平衡条件及图中尺寸,有:m′g×0.1+mg(0.7-s)=Ff×0.8=μmg×0.8 代入数据,有:40×0.1+20(0.7-s)=10×0.8 解得s=0.5m 铁块受的摩擦力Ff=10N,方向向右.根据牛顿第二定律,有:F-Ff=ma 解得:a=1.0m/s2 ∵S=12at2 ∴t=1.0s 答:从小铁块运动时起,导轨(及支架)能保持静止的最长时间是1s.

考点:二力平衡条件的应用;速度的计算;杠杆的平衡条件.
专题:计算题.
分析:(1)由题意知:铁块起动后立即以0.1m/s的速度匀速运动,此时拉力就等于铁块运动时所受摩擦力;
(2)铁块对导轨的摩擦力作用线沿着导轨AB,所求力臂即为力的作用点D到AB的距离;
(3)设当铁块运动到E点时,支架刚好开始转动,此时过E点的竖直线在D点右侧,距D点为x,根据杠杆平衡条件及已知条即可求得的.
解答:解:(1)铁块起动后匀速运动,此时拉力就等于铁块运动时所受摩擦力,
用f表示铁块所受摩擦力,f=F=10N.
(2)铁块对导轨的摩擦力作用线沿着导轨AB,所求力臂即为D到AB的距离.用L表示该力臂,L=0.8m.
(3)设当铁块运动到E点时,支架刚好开始转动,此时过E点的竖直线在D点右侧,距D点为x,根据杠杆平衡条件及已知条件:4.0×10×0.1=2.0×10x+10×0.8(只要意义正确,其他形式也同样给分)
得x=-0.2m,t=
0.6+0.1-0.2
0.1
s=5s
答:(1)铁块运动时所受摩擦力为10N;
(2)铁块对导轨的摩擦力的力臂为0.8m;
(3)从铁块运动时起,导轨(及支架)能保持静止的最长时间是5s.

点评:此题考查的知识点较多,由二力平衡条件的应用、速度的计算,杠杆平衡条件等一系列知识点,此题将这些知识点综合起来,提高了学生用物理知识和规律解决问题的能力,因此是一道好题.

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