例6 如图2-17物体A叠放在物体B上,B置于光滑水平面上。A,B质量分别为mA=6kg,mB=2kg,A,B之间的动摩擦因数μ=0.2,开始时F=10N,此后逐渐增加,在增大到45N的过程中,则
[ ]
A.当拉力F<12N时,两物体均保持静止状态
B.两物体开始没有相对运动,当拉力超过12N时,开始相对滑动
C.两物体间从受力开始就有相对运动
D.两物体间始终没有相对运动
【错解】 因为静摩擦力的最大值近似等于滑动摩擦力。fmax=μN=0.2×6=12(N)。所以当F>12N时,A物体就相对B物体运动。F<12N时,A相对B不运动。所以A,B选项正确。
【错解分析】 产生上述错误的原因一致是对A选项的理解不正确,A中说两物体均保持静止状态,是以地为参考物,显然当有力F作用在A物体上,A,B两物体对地来说是运动的。二是受物体在地面上运动情况的影响,而实际中物体在不固定物体上运动的情况是不同的。
【分析解答】 首先以A,B整体为研究对象。受力如图2-18,在水平方向只受拉力F,根据牛顿第二定律列方程
F=(mA+mB)a ①
再以B为研究对象,如图2-19,B水平方向受摩擦力
f=mBa ②
代入式①F=(6+2)×6=48N
由此可以看出当F<48N时A,B间的摩擦力都达不到最大静摩擦力,也就是说,A,B间不会发生相对运动。所以D选项正确。
【评析】 物理解题中必须非常严密,一点的疏忽都会导致错误。避免错误发生的最好方法就是按规范解题。每一步都要有依据。
例7 如图2-20,用绳AC和 BC吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30°和60°,AC绳能承受的最大的拉力为150N,而BC绳能承受的最大的拉力为100N,求物体最大重力不能超过多少?
【错解】以重物为研究对象,重物受力如图2-21。由于重物静止,则有
TACsin30°=TBCsin60°
TACcos30°+TBCcos60°=G
将TAC=150N,TBC=100N代入式解得G=200N。
【错解原因】以上错解的原因是学生错误地认为当TAC=150N时,TBC=100N,而没有认真分析力之间的关系。实际当TBC=100N时,TBC已经超过150N。
【分析解答】以重物为研究对象。重物受力如图2-21,重物静止,加速度为零。据牛顿第二定律列方程
TACsin30°-TBCsin60°=0 ①
TACcos30°+TBCcos60°-G=0 ②
而当TAC=150N时,TBC=86.6<100N
将TAC=150N,TBC=86.6N代入式②解得G=173.32N。
所以重物的最大重力不能超过173.2N。
例8 如图2-22质量为M,倾角为α的楔形物A放在水平地面上。质量为m的B物体从楔形物的光滑斜面上由静止释放,在B物体加速下滑过程中,A物体保持静止。地面受到的压力多大?
【错解】以A,B整体为研究对象。受力如图2-23,因为A物体静止,所以N=G=(M+m)g。
【错解原因】由于A,B的加速度不同,所以不能将二者视为同一物体。忽视了这一点就会造成错解。
【分析解答】分别以A,B物体为研究对象。A,B物体受力分别如图2-24a,2-24b。根据牛顿第二定律列运动方程,A物体静止,加速度为零。
x:Nlsinα-f=0 ①
y:N-Mg-Nlcosα=0 ②
B物体下滑的加速度为a,
x:mgsinα=ma ③
y:Nl-mgcosα=0 ④
由式①,②,③,④解得N=Mg+mgcosα
根据牛顿第三定律地面受到的压力为Mg十mgcosα。
【评析】 在解决物体运动问题时,在选取研究对象时,若要将几个物体视为一个整体做为研究对象,应该注意这几个物体必须有相同的加速度。
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