板塊模型解題攻略

楊月娥

(甘肅省定西市交通路中學(xué))

板塊模型是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn),也是高考考查的核心考點(diǎn).下面分類(lèi)進(jìn)行討論.

1 有力作用在“塊”上

表1

例1(2021年全國(guó)甲卷)水平地面上有一質(zhì)量為m1的長(zhǎng)木板,木板的左端上有一質(zhì)量為m2的物塊,如圖1-甲所示.用水平向右的拉力F作用在物塊上,F隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖1-乙所示,其中F1、F2分別為t1、t2時(shí)刻F的大小.木板的加速度a1隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖1-丙所示.已知木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,假設(shè)最大靜摩擦力均與相應(yīng)的滑動(dòng)摩擦力相等,重力加速度大小為g.則( ).

圖1

解析由圖丙可知,t1時(shí)物塊和木板開(kāi)始一起滑動(dòng),此時(shí)二者相對(duì)靜止,對(duì)整體有F1＝μ1(m1＋m2)g,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;t2時(shí)刻滑塊與木板剛要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),對(duì)整體有F2－μ1(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a,以木板為研究對(duì)象有μ2m2g－μ1(m1＋m2)g＝m1a＞0,解得,選項(xiàng)B、C 正確;由圖丙可知,0～t2時(shí)間內(nèi)物塊與木板相對(duì)靜止,二者有相同加速度,選項(xiàng)D 正確.

2 有力作用在“板”上

表2

例2如圖2-甲所示,足夠長(zhǎng)的木板B靜置于光滑水平面上,其上放置小滑塊A,B受到不斷增大的水平拉力F作用時(shí),測(cè)出B的加速度a,得到如圖2-乙所示的a-F圖像,g取10m·s－2,則( ).

圖2

A.滑塊A的質(zhì)量為1kg

B.木板B的質(zhì)量為4kg

C.當(dāng)F＝10N 時(shí)木板B加速度為4m·s－2

D.滑塊A與木板B間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1

3 “板塊”有初速度

表3

例3如圖3-甲所示,一質(zhì)量為m1的薄木板(厚度不計(jì))靜止在光滑水平地面上,現(xiàn)有一質(zhì)量為m2的滑塊以一定的水平初速度v0,從木板的左端開(kāi)始向木板的右端滑行,滑塊和木板的水平速度大小隨時(shí)間變化的情況如圖3-乙所示,根據(jù)圖像可知以下判斷正確的是( ).

圖3

A.滑塊始終與木板存在相對(duì)運(yùn)動(dòng) B.滑塊未能滑出木板

C.滑塊質(zhì)量m2大于木板質(zhì)量m1D.在t1時(shí)刻,滑塊從木板上滑落

解析滑塊以水平初速度v0滑上木板,滑塊減速,木板加速,滑塊和木板的加速度的大小分別為a2＝μg,,由圖3-乙可知,滑塊的速度一直大于木板的速度,即二者之間始終存在相對(duì)運(yùn)動(dòng).在t1時(shí)刻,滑塊滑落木板,各自做勻速直線運(yùn)動(dòng).v-t圖像的斜率表示加速度,則a2＜a1,即,則m1＜m2,故選項(xiàng)A、C、D 正確.

板塊模型除了以上三種基本模型外,還存在其他情形,但不論出題背景如何變化,只要明確塊和板的受力情況,確定好摩擦力的大小和方向,分清各自有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,然后應(yīng)用牛頓第二定律解答即可.

(完)