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再分析B受的力,在分析B与A间的弹力N2和摩擦力f2时,以B、C整体为对象较好,A对该整体的弹力和摩擦力就是A对B的弹力N2和摩擦力f2, 得到B受4个力作用:重力G2=Mg,C对B的压力竖直向下,大小N1=mg,A对B的弹力N2=(M+m)gcosθ,A对B的磨擦力f2= (M+m)gsinθ。
(2)由于B、C共同加速下滑,加速度相同,所以先以B、C整体为对象求A对B的弹力N2,摩擦力f2,并求出a;再以C为对象求B、C间的弹力、摩擦力。
这里,f2是滑动摩擦力N2=(M+m)gcosθ,f2=μN2=μ(M+m)gcosθ,
沿斜面方向用牛顿第二定律:(M+m)gsin-μ(M+m)gcosθ=(M+m)a,
可得a=g(sinθ-μcosθ)。B、C间的弹力N1,摩擦力f1则应以C为对象求得。
由于C所受合力沿斜面向下。而所受的3个力的方向都在水平或竖直方向。这种情况下,比较简便的方法是以水平、竖直方向建立直角坐标系,分解加速度a。
分别沿水平、竖直方向用牛顿第二定律:
f1=macosθ,mg-N1=masinθ,
可得:f1=mg(sinθ-μcosθ)CoSθ,N1=mg(cosθ+μsinθ)cosθ。
【点评】
由本题可以知道:①灵活地选取研究对象可以使问题简化;②灵活选定坐标系的方法向也可以以使计算简化;③在物体的受力图的旁边标出物体的速度、加速度的方向,有助于确定摩擦力方向,也有助于用牛顿第二定律建立方程时保证使合力方向和加速度方向相同。
【例10】
小球质量为m,电荷为+q,以初速度ν向右沿水平绝缘杆滑动,匀强磁场方向如图所示,球与杆间的动摩擦因数为μ。试描述小球在杆上的运动情况。
【解析】
先分析小球的受力情况,再由受力情况确定其运动情况。
小球刚沿杆滑动时,所受场力为:重力mg方向向下,洛伦兹力Ff=qνB方向向上;再分析接触力:由于弹力FN的大小、方向取决于ν和mg/qB的大小关系,所以需分三种情况讨论:
(1)ν>mg/qB,在摩擦力作用下,ν、Ff、FN、f都逐渐减小,当ν减小到等于mg/qB时 达到平衡而做匀速运动;(2)ν
【例11】一航天探测器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动。探测器通过喷气而获得推动力。以下关于喷气方向的描述中正确的是( )。
A.探测器加速运动时,沿直线向后喷气
B.探测器加速运动时,竖直向下喷气
C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气
D.探测器匀速运动时,不需要喷气
【解析】探测器沿直线加速运动时,所受合力F合方向与运动方向相同,而重力方向竖直向下,由平行四边形法则知推力方向必须斜向上方,因此喷气方向斜向下方。匀速运动时,所受合力为零,因此推力方向必须竖直向上,喷气方向竖直向下。选C。
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