课外拓展



  若研究的对象包括几个相互作用的物体,它们的质量分别是m1,m2,…,mn,受到多个外力F1、F2、F3、……作用,则:F1+F2+F3+……=m1a1+m2a2+m3a3+……,这就是关于系统运用牛顿第二定律得到的结论,应用到解题中去有时会使问题变得简便。

例、如图所示,质量M=10kg的木楔ABC静止于粗糙的水平地面上,木楔的倾角θ=30°。斜面上有一个质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑,当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s。在此过程中木楔没有动。求地面对木楔的摩擦力的大小和方向。(取g=10m/s2

解析:方法(1)

物块沿斜面下滑的加速度由已知条件可以直接求得

物体在斜面上运动时受重力mg、支持力N1和滑动摩擦力f1作用,受力如图(a)所示,它的运动方程为

.

将a=0.7m/s2代入,可得:

f1=mgsinθ-ma=4.3N

N1=mgcosθ=8.7N.

木楔受5个力作用而处于平衡状态之中:重力Mg、物块对它的压力N1、物块对它的滑动摩擦力f1、水平地面对它的支持力N2,水平地面对它的静摩擦力(f2方向向左)。受力如图(b),运动方程(即平衡方程)为:

将N1=8.7N、f1=4.3N、θ=30°、M=10kg代入,求得

f2=8.7×0.5-4.3×0.87=0.61N

N2=10×10+8.7×0.87+4.3×0.5=109.7N.

可见,地面作用于木楔、沿水平方向向左的静摩擦力大小为0.61N。

方法(2)

由题意,根据运动学公式可求得物块的加速度a.

.

对M与m组成的整体进行受力分析如图(a)所示.

把物体加速度a分解到水平方向和竖直方向上,如图(b)所示.

对m、M组成的系统应用牛顿第二定律,有:

解得f=0.61N.

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