解题思路:(1)当小车的加速度为零时,对滑块分析,根据共点力平衡求出静摩擦力的大小和方向.
(2)对滑块分析,抓住最大静摩擦力和弹力的合力,通过牛顿第二定律求出不发生相对滑动时的最大加速度.
(3)根据牛顿第二定律得出加速度与摩擦力的关系式,抓住当加速度大于最大值时,摩擦力变为滑动摩擦力,作出f-a图线.
(1)弹簧的弹力为:F=kx=40×0.2N=8N,
由二力平衡条件知,静摩擦力f静=F=8N.方向水平向左.
(2)当静摩擦力向右达到最大值时,加速度为am,有:
F+fm=mam
最大静摩擦力为:fm=μmg=0.5×20N=10N,
解得:am=9m/s2.
(3)滑块与小车没有相对滑动时有:
F+f=ma
解得f=2a-8(N)
当a>am时,滑块与小车开始有相对滑动,摩擦力大小为10N.
摩擦力随加速度变化的图象如图所示.
答:(1)小车加速度为零时,求滑块受到的静摩擦力的大小为8N,方向水平向左.
(2)滑块恰好与小车不发生相对滑动时向右的加速度大小为9m/s2.
(3)滑块受到的摩擦力f随a变化的关系式为f=2a-8,图线如图所示.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;摩擦力的判断与计算.
考点点评: 对于图象问题,要求画图象时,应先导出因变量(摩擦力)随自变量(加速度)的变化函数关系式,再画图象.