题目内容

2.如图所示,足够长的光滑斜面的倾角为θ,一根弹簧上端固定在斜面的顶端,下端与物体b相连,物体b上表面粗糙,在其上面放一个物体a,a、b间的动摩擦因数为μ(μ>tan θ).将物体a、b从O点由静止开始释放,释放时弹簧恰好处于自由伸长状态,当b滑到A点时,a刚好相对b开始滑动;当b滑到B点时,a刚好从b上滑下,b也恰好速度为零.设a、b间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.下列对物体a、b运动情况的描述正确的是(  )
A.从O到A的过程中,两物体一直加速运动,加速度大小从gsin θ一直减小,在A点减为零
B.经过A点时,a、b均已进入到减速状态,此时加速度大小是g(μcos θ-sin θ)
C.从A到B的过程中,a的加速度不变,b的加速度在增大而速度在减小
D.经过B点,a掉下后,b开始反向运动但不会滑到开始下滑的O点

分析 本题的关键是先对a与b组成的整体进行受力分析并列出系统加速下滑和减速下滑时的牛顿第二定律表达式,μ>tanθ,则μmgcosθ>mgsinθ,当b滑到A点时,a刚好从b上开始滑动说明ab加速度开始不同.再采用隔离法对a分析可知,加速下滑时,a受到的摩擦力斜向上,减速下滑时摩擦力方向斜向下,然后分别列出牛顿第二定律表达;当系统速度最大时,加速度应为0;当系统加速度最大时,速度为0,a所受的摩擦力方向斜向上

解答 解:A、释放时弹簧恰好处于自由伸长状态,斜面光滑,二者具有向下的加速度,弹簧伸长,弹簧拉力增大,则二者做加速度逐渐减小的加速运动,
以a为研究对象,取沿斜面向下为正方向,有:mgsinθ-f=ma
得:f=mgsinθ-ma
可见只要a物体具有向下的加速度,则f<mgsinθ<μmgcosθ,即所受摩擦力小于最大静摩擦力,物体不会滑动,
当二者加速度为零,即(M+m)gsinθ=F,之后弹簧继续伸长,则ab开始具有沿斜面向上的加速度,即开始减速运动,以a为研究对象,取沿斜面向上为正方向,有:
f-mgsinθ=ma
当f有最大值时a有最大值,又fmax=μmgcosθ
则a=μgcosθ-gsinθ,之后b加速度继续增大而a加速度保持不变,二者发生相对滑动,
故经过A点时,a、b均已进入到减速状态,此时加速度大小是g(μcosθ-sinθ),A错误,BC正确;
D、在a落下后,b将以新的平衡位置为中心做谐振动,由对称性可推断出b将冲过o点,即b的最高点将在o点之上,选项D错误.
故选:BC

点评 该题是牛顿第二定律的直接应用,本题ABC三个选项注意使用临界分析法即可得到正确结果,D选项关键点在于a脱离b后,b的受力满足机械能和简谐振动模型

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