資源簡介

三、斜面模型
1、相距為20cm的平行金屬導軌傾斜放置，如圖1.03，導軌所在平面與水平面的夾角為，現在導軌上放一質量為330g的金屬棒ab，它與導軌間動摩擦系數為，整個裝置處于磁感應強度B=2T的豎直向上的勻強磁場中，導軌所接電源電動勢為15V，內阻不計，滑動變阻器的阻值可按要求進行調節，其他部分電阻不計，取，為保持金屬棒ab處于靜止狀態，求：
（1）ab中通入的最大電流強度為多少？
（2）ab中通入的最小電流強度為多少？
圖1.03
導體棒ab在重力、靜摩擦力、彈力、安培力四力作用下平衡，由圖2中所示電流方向，可知導體棒所受安培力水平向右。當導體棒所受安培力較大時，導體棒所受靜摩擦力沿導軌向下，當導體棒所受安培力較小時，導體棒所受靜摩擦力沿導軌向上。
（1）ab中通入最大電流強度時受力分析如圖2，此時最大靜摩擦力沿斜面向下，建立直角坐標系，由ab平衡可知，x方向：
y方向：由以上各式聯立解得：
（2）通入最小電流時，ab受力分析如圖3所示，此時靜摩擦力，方向沿斜面向上，建立直角坐標系，由平衡有：
x方向：
y方向：
聯立兩式解得：
由
物體置于光滑的斜面上，當斜面固定時，物體沿斜面下滑的加速度為，斜面對物體的彈力為。斜面不固定，且地面也光滑時，物體下滑的加速度為，斜面對物體的彈力為，則下列關系正確的是：
A. B.
C. D.
當斜面可動時，對物體來說是相對斜面這個加速參考系在作加速運動，而且物體和參考系的運動方向不在同一條直線上，利用常規的方法難于判斷，但是利用矢量三角形法則能輕松獲解。
如圖4所示，由于重力的大小和方向是確定不變的，斜面彈力的方向也是惟一的，由共點力合成的三角形法則，斜面固定時，加速度方向沿斜面向下，作出的矢量圖如實線所示，當斜面也運動時，物體并不沿平行于斜面方向運動，相對于地面的實際運動方向如虛線所示。所以正確選項為B。
帶負電的小物體在傾角為的絕緣斜面上，整個斜面處于范圍足夠大、方向水平向右的勻強電場中，如圖1.04所示。物體A的質量為m，電量為-q，與斜面間的動摩擦因素為，它在電場中受到的電場力的大小等于重力的一半。物體A在斜面上由靜止開始下滑，經時間t后突然在斜面區域加上范圍足夠大的勻強磁場，磁場方向與電場強度方向垂直，磁感應強度大小為B，此后物體A沿斜面繼續下滑距離L后離開斜面。
（1）物體A在斜面上的運動情況？說明理由。
（2）物體A在斜面上運動過程中有多少能量轉化為內能？（結果用字母表示）
圖1.04
（1）物體A在斜面上受重力、電場力、支持力和滑動摩擦力的作用，<1>小物體A在恒力作用下，先在斜面上做初速度為零的勻加速直線運動；<2>加上勻強磁場后，還受方向垂直斜面向上的洛倫茲力作用，方可使A離開斜面，故磁感應強度方向應垂直紙面向里。隨著速度的增加，洛倫茲力增大，斜面的支持力減小，滑動摩擦力減小，物體繼續做加速度增大的加速運動，直到斜面的支持力變為零，此后小物體A將離開地面。
（2）加磁場之前，物體A做勻加速運動，據牛頓運動定律有：
解出
A沿斜面運動的距離為：
加上磁場后，受到洛倫茲力
隨速度增大，支持力減小，直到時，物體A將離開斜面，有：
物體A在斜面上運動的全過程中，重力和電場力做正功，滑動摩擦力做負功，洛倫茲力不做功，根據動能定理有：
物體A克服摩擦力做功，機械能轉化為內能：
如圖1.05所示，在水平地面上有一輛運動的平板小車，車上固定一個盛水的杯子，杯子的直徑為R。當小車作勻加速運動時，水面呈如圖所示狀態，左右液面的高度差為h，則小車的加速度方向指向如何？加速度的大小為多少？
圖1.05
我們由圖可以看出物體運動情況，根據杯中水的形狀，可以構建這樣的一個模型，一個物塊放在光滑的斜面上（傾角為），重力和斜面的支持力的合力提供物塊沿水平方向上的加速度，其加速度為：。
我們取杯中水面上的一滴水為研究對象，水滴受力情況如同斜面上的物塊。由題意可得，取杯中水面上的一滴水為研究對象，它相對靜止在“斜面”上，可以得出其加速度為，而，得，方向水平向右。
如圖1.06所示，質量為M的木板放在傾角為的光滑斜面上，質量為m的人在木板上跑，假如腳與板接觸處不打滑。
（1）要保持木板相對斜面靜止，人應以多大的加速度朝什么方向跑動？
（2）要保持人相對于斜面的位置不變，人在原地跑而使木板以多大的加速度朝什么方向運動？
圖1.06
答案：（1）要保持木板相對斜面靜止，木板要受到沿斜面向上的摩擦力與木板的下滑力平衡，即，根據作用力與反作用力人受到木板對他沿斜面向下的摩擦力，所以人受到的合力為：
方向沿斜面向下。
（2）要保持人相對于斜面的位置不變，對人有，F為人受到的摩擦力且沿斜面向上，根據作用力與反作用力等值反向的特點判斷木板受到沿斜面向下的摩擦力，大小為
所以木板受到的合力為：
方向沿斜面向下。

展開更多......

收起↑