解题思路:(1)先求两者即将相对滑动的临界加速度,由于实际加速度小于临界加速度,故两物体相对静止,物体受摩擦力等于合力;
(2)实际加速度大于临界加速度,故两物体相对滑动,两物体间为滑动摩擦力,对小车受力分析,结合牛顿第二定律可求解;
(3)两物体即将相对滑动时,对两物体整体受力分析,结合牛顿第二定律可求出推力;
(4)分别对小车和物体受力分析,结合牛顿第二定律求出他们的加速度,再由位移时间公式和空间关系,可求出滑离时间.
(1)先求两者相对静止时的最大加速度am,当两物体间即将相对滑动时,摩擦力最大,对物体受力分析,由牛顿第二定律知,F合=μmg=mam,得到am=μg=3m/s2;
当a1=1.2m/s2时,物体与小车相对静止,对物体受力分析知,静摩擦力F1产生了加速度a1,由牛顿第二定律得F1=ma1,F1=0.6N.
(2)当a=3.5m/s2时,物体与小车发生了相对滑动,物体对小车的摩擦力大小为F=μmg=1.5N;
根据牛顿第三定律,物体对小车的摩擦力F′与小车对物体的摩擦力F大小相等;
对小车受力分析,由牛顿第二定律得F2-F′=Ma,得到F2=F′+Ma=8.5N;
故需给小车提供的推力为8.5N.
(3)要使物块m脱离小车,则必须有a车>a物,即a车>am ;
由牛顿第二定律得F3-F1=Ma车
解得 F3>(M+m)μg=7.5N;
故至少用7.5N的力推小车.
(4)由于F=8.5N,大于水平推力7.5N,所以物体会滑落,对小车受力分析,由牛顿第二定律:F-μmg=Ma4
物体的加速度 am=3m/s2;
物体m的位移 x1=[1/2]amt2①
小车的位移 x2=[1/2]a4t2②
又因为x2-x1=L ③
联立①②③得运动时间t=
2L
a4−am=2s;
滑离小车需2s时间.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系;滑动摩擦力.
考点点评: 本题关键抓住两物体即将相对滑动的临界状态,求出临界加速度;同时要巧用整体法与隔离法对物体分析!