题目内容
如图所示,质量为m的木板放在倾角为θ的光滑固定斜面上,用一根轻绳拴着长木板静止在斜面上,质量为M=2m的人站在木板上,当绳子突然断开时,人立即在木板上奔跑,假如人的脚与板接触处不打滑.人的脚与木板间的滑动摩擦因数为μ,重力加速度为g.
(1)要保持木板相对斜面静止,人应以多大的加速度朝什么方向跑动?
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,人在原地奔跑而使木板以多大的加速度朝什么方向运动?
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考点:牛顿第二定律;力的合成与分解的运用.
专题:牛顿运动定律综合专题.
分析:(1)为了使木板与斜面保持相对静止,必须满足木板在斜面上的合力为零,所以人施于木板的摩擦力F应沿斜面向上,故人应加速下跑.现分别对人和木板应用牛顿第二定律即可求解;
(2)为了使人与斜面保持静止,必须满足人在木板上所受合力为零,所以木板施于人的摩擦力应沿斜面向上,故人相对木板向上跑,木板相对斜面向下滑,但人对斜面静止不动.分别对人和木板应用牛顿第二定律即可求解.
解答: 解:(1)要保持木板相对斜面静止,木板要受到沿斜面向上的静摩擦力F与使木板下滑的重力分力平衡,即mgsingθ=F
根据作用力与反作用力的性质可知,人受到木板对他沿斜面向下的静摩擦力,所以人受到的合力为Mgsinθ+F,由牛顿第二定律得Mgsinθ+F=Ma
解得
=
,方向沿斜面向下
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,即人处于平衡状态,F为人脚受到的静摩擦力且沿斜面向上,因此木板受到沿斜面向下的静摩擦力,对人有Mgsinθ=F,
木板受到的合力为mgsinθ+F,由牛顿第二定律得mgsinθ+F=ma
解得
=3gsinθ,方向沿斜面向下
答:(1)要保持木板相对斜面静止,人应以
的加速度,方向沿斜面向下运动.
(2)要保持人相对于斜面的位置不变,人在原地奔跑而使木板以3gsinθ的加速度,方向沿斜面向下运动.
点评:本题主要考查了牛顿第二定律的直接应用,关键要能根据运动情况分析受力情况,难度适中.