2023高考物理一轮复习专题突破练习4动力学中的“木板_滑块”和“传送带”模型含解析新人教版202303181128

专题突破练习(四)(时间：40分钟)1.(多选)如图所示，质量M＝2kg的足够长木板静止在光滑水平地面上，质量m＝1kg的物块静止在长木板的左端，物块和长木板之间的动摩擦因数μ＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。现对物块施加一水平向右的恒力F＝2N，则下列说法正确的是(　　)A．物块和长木板之间的摩擦力为1NB．物块和长木板相对静止一起加速运动C．物块运动的加速度大小为1m/s2D．拉力F越大，长木板的加速度越大AC　[物块对长木板的摩擦力使木板运动，当M与m之间达到最大静摩擦力时，发生相对滑动，设此时水平恒力为F0，由牛顿第二定律有a＝＝＝，解得F0＝1.5N。因F＝2N>F0＝1.5N，故两者有相对滑动，物块和长木板之间为滑动摩擦力，有Ff＝μmg＝1N，故A正确，B错误；对物块，由牛顿第二定律F－μmg＝ma1，可得a1＝1m/s2，故C正确；拉力F越大，物块的合力越大，则加速度越大，但长木板受到的滑动摩擦力为1N，保持恒定，则相对滑动时木板的加速度恒定为a2＝＝0.5m/s2，故D错误。]2.(多选)机场使用的货物安检装置如图所示，绷紧的传送带始终保持v＝1m/s的恒定速率运动，AB为传送带水平部分且长度L＝2m，现有一质量为m＝1kg的背包(可视为质点)无初速度地放在水平传送带的A端，可从B端沿斜面滑到地面。已知背包与传送带间的动摩擦因数μ＝0.5，g＝10m/s2，下列说法正确的是(　　)A．背包从A运动到B所用的时间为2.1sB．背包从A运动到B所用的时间为2.3sC．背包与传送带之间的相对位移为0.3mD．背包与传送带之间的相对位移为0.1mAD　[背包在水平传送带上由滑动摩擦力产生加速度，μmg＝ma，得a＝5m/s2，背包达到速度v＝1m/s所用时间t1＝＝0.2s，此过程背包相对地面位移x1＝t1＝×0.2m＝-7-\n0.1m<L＝2m，则此后背包与传送带共速，共速后背包与传送带相对静止，没有相对位移，所以背包与传送带的相对位移为Δx＝vt1－x1＝1×0.2m－0.1m＝0.1m，背包匀速运动的时间t2＝＝s＝1.9s，所以背包从A运动到B所用的时间为：t＝t1＋t2＝2.1s，故A、D正确。]3.(多选)(2020·湖南株洲二模)如图所示，一足够长的倾斜传送带顺时针匀速转动。一小滑块以某初速度沿传送带向下运动，滑块与传送带间的动摩擦因数恒定，滑块可视为质点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则滑块速度v随时间t变化的图象可能是(　　)A　　　　　　　　BC　　　　　　　　DBC　[设传送带倾角为θ，滑块与传送带间的动摩擦因数为μ，滑块的质量为m，若μmgcosθ<mgsinθ，即μ<tanθ，则滑块所受的合力沿传送带向下，滑块匀加速下滑，选项C正确；若μmgcosθ＝mgsinθ，即μ＝tanθ，则滑块所受的合力为零，滑决匀速下滑；若μmgcosθ>mgsinθ，即μ>tanθ，则滑块先匀减速下滑，当速度减为零时，开始反向匀加速上滑，且加速上滑的加速度与减速下滑的加速度大小相等，当加速到与传送带速度相同后，因为μmgcosθ>mgsinθ，所以滑块随传送带一起匀速运动，选项B正确，A、D错误。]4.(多选)如图所示，一足够长的木板静止在粗糙的水平面上，t＝0时刻滑块从板的左端以速度v0水平向右滑行，木板与滑块间存在摩擦，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。滑块的vt图象可能是(　　)-7-\nA　　　　　BC　　　　　DAC　[滑块滑上木板，受到木板对滑块向左的滑动摩擦力，做匀减速运动，若木块对木板的摩擦力大于地面对木板的摩擦力，则木板做匀加速直线运动，当两者速度相等时，一起做匀减速运动。设木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，木块的质量为m，木板的质量为M，知木板若滑动，则μ1mg>μ2(M＋m)g，最后一起做匀减速运动，加速度a′＝μ2g，开始时木块做匀减速运动的加速度大小为a＝μ1g>μ2g，知图线的斜率变小，故C正确，D错误；若μ1mg<μ2(M＋m)g，则木板不动，滑块一直做匀减速运动，故A正确；由于地面有摩擦力，最终木块和木板不可能一起做匀速直线运动，故B错误。]5．(2020·四川德阳一模)如图所示，光滑水平地面上有一质量M＝2kg的足够长木板以速度v0＝10m/s向右匀速运动，从t＝0时刻起对其施加一水平向左的恒力F＝8N。经过t1＝1s时，将一质量m＝2kg的小物块轻放在木板右端。已知物块与木板间的动摩擦因数μ＝0.4，取g＝10m/s2。求：(1)刚放上物块时木板的速度大小v1；(2)物块在木板上相对木板滑动的时间t。[解析]　(1)放上物块之前，设木板的加速度大小为a1，对木板，根据牛顿第二定律有F＝Ma1解得a1＝4m/s2木板做匀减速直线运动，则v1＝v0－a1t1解得v1＝6m/s。(2)放上物块之后，设物块的加速度大小为a2，木板的加速度大小为a3对物块，根据牛顿第二定律有μmg＝ma2解得a2＝4m/s2对木板，根据牛顿第二定律有F＋μmg＝Ma3，解得a3＝8m/s2经过时间t2二者共速时有a2t2＝v1－a3t2，解得t2＝0.5s共速后若物块和木板相对静止，设二者共同的加速度大小为a0，由于F＝(M＋m)a0，解得a0＝2m/s2<a2所以共速后二者相对静止，共同减速，故t＝t2＝0.5s。[答案]　(1)6m/s　(2)0.5s-7-\n6.如图所示，为传送带传输装置示意图的一部分，传送带与水平地面的倾角θ＝37°，A、B两端相距L＝5.0m，质量为M＝10kg的物体以v0＝6.0m/s的速度沿AB方向从A端滑上传送带，物体与传送带间的动摩擦因数处处相同，均为0.5。传送带顺时针运转的速度v＝4.0m/s。(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)物体从A点到达B点所需的时间；(2)若传送带顺时针运动的速度可以调节，物体从A点到达B点的最短时间是多少？[解析]　(1)设物体速度大于传送带速度时加速度大小为a1，由牛顿第二定律得Mgsinθ＋μMgcosθ＝Ma1，①设经过时间t1物体的速度与传送带速度相同，t1＝，②通过的位移x1＝t1，③设物体速度小于传送带速度时物体的加速度大小为a2，Mgsinθ－μMgcosθ＝Ma2，④物体继续减速，设经t2速度到达传送带B点L－x1＝vt2－a2t，⑤联立得①②③④⑤式可得t＝t1＋t2＝2.2s。(2)若传送带的速度较大，物体沿AB上滑时所受摩擦力一直沿传送带向上，则所用时间最短，此种情况加速度大小一直为a2，L＝v0t′－a2t′2，t′＝1s(t′＝5s舍去)。[答案]　(1)2.2s　(2)1s7．(2019·江苏高考)如图所示，质量相等的物块A和B叠放在水平地面上，左边缘对齐。A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ。先敲击A，A立即获得水平向右的初速度，在B上滑动距离L后停下。接着敲击B，B立即获得水平向右的初速度，A、B都向右运动，左边缘再次对齐时恰好相对静止，此后两者一起运动至停下。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。求：(1)A被敲击后获得的初速度大小vA；-7-\n(2)在左边缘再次对齐的前、后，B运动加速度的大小aB、a′B；(3)B被敲击后获得的初速度大小vB。[解析]　A、B的运动过程如图所示(1)由牛顿运动定律知，A加速度的大小aA＝μg匀变速直线运动2aAL＝v解得vA＝。(2)设A、B的质量均为m对齐前，B所受合外力大小F＝3μmg由牛顿运动定律F＝maB，得aB＝3μg对齐后，A、B所受合外力大小F′＝2μmg由牛顿运动定律F′＝2ma′B，得a′B＝μg。(3)经过时间t，A、B达到共同速度v，位移分别为xA、xB，A加速度的大小等于aA则v＝aAt，v＝vB－aBtxA＝aAt2，xB＝vBt－aBt2且xB－xA＝L解得vB＝2。[答案]　(1)　(2)3μg　μg　(3)28．如图甲所示，倾角为37°足够长的传送带以4m/s的速度顺时针转动，现使小物块以2m/s的初速度沿斜面向下冲上传送带，小物块的速度随时间变化的关系如图乙所示，g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，试求：-7-\n甲　　　　　　　　　乙(1)小物块与传送带间的动摩擦因数为多大；(2)0～8s内小物块与传送带之间的划痕为多长。[解析]　(1)根据vt图象的斜率表示加速度可得a＝＝m/s2＝1m/s2由牛顿第二定律得μmgcos37°－mgsin37°＝ma解得μ＝。(2)0～8s内只有前6s内物块与传送带发生相对滑动，0～6s内传送带匀速运动的距离为：x带＝4×6m＝24m，由题图乙可知：0～2s内物块位移大小为：x1＝×2×2m＝2m，方向沿斜面向下，2～6s内物块位移大小为：x2＝×4×4m＝8m，方向沿斜面向上所以划痕的长度为：Δx＝x带＋x1－x2＝(24＋2－8)m＝18m。[答案]　(1)　(2)18m9．如图所示，一块质量为M＝2kg、长为L的木板B放在光滑水平桌面上，B的左端有一质量为m＝0.2kg的物块A(可视为质点)，A上连接一根很长的轻质细绳，细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮挂上一质量为m0＝0.1kg的重物，用手托住重物使细绳伸直但无张力，重物距离地面的高度为h＝1m；已知A与B之间的动摩擦因数为μ＝0.2，A与滑轮间的细绳与桌面平行，B右端距离桌边定滑轮足够远；释放重物后，A相对于B滑动，重力加速度g＝10m/s2。(1)求重物落地前瞬间细绳上的拉力大小和A的速度大小；-7-\n(2)当A、B相对静止时，A仍在B上，求从释放重物到A，B相对静止的过程中A运动的时间。[解析]　(1)设释放重物后重物的加速度为a1，细绳的张力大小为F，对重物，由牛顿第二定律可得m0g－F＝m0a1对A，由牛顿第二定律有F－μmg＝ma1联立解得F＝0.8N，a1＝2m/s2由v＝2a1h解得重物落地前瞬间A的速度大小为v1＝2m/s。(2)重物落地前，A运动的时间t1＝＝1s。B的加速度a2＝＝0.2m/s2重物落地时B的速度v2＝a2t1＝0.2m/s重物落地后，A开始做匀减速运动，加速度大小为a3＝μg＝2m/s2设经过时间t2，A、B速度相等，则有v1－a3t2＝v2＋a2t2解得t2＝s故从释放重物到A、B相对静止的过程中A运动的时间t＝t1＋t2＝s。[答案]　(1)0.8N　2m/s　(2)s-7-