例2 如图3所示,固定在水平面上的斜面的倾角θ=37°,木块A的MN面上钉着一颗小钉子,质量m=1.5kg的光滑小球B通过一细线与小钉子相连接,细线与斜面垂直.木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5.现将木块由静止释放,木块与小球将一起沿斜面下滑.求在木块下滑的过程中:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2)
图3
(1)木块与小球的共同加速度的大小;
(2)小球对木块MN面的压力的大小和方向.
答案 (1)2.0m/s2 (2)6.0N 沿斜面向下
解析 (1)由于木块与斜面间有摩擦力作用,所以小球B与木块间有压力作用,并且以共同的加速度a沿斜面下滑,将小球和木块看成一个整体,设木块的质量为M,
根据牛顿第二定律有:
(M+m)gsinθ-μ(M+m)gcosθ=(M+m)a
代入数据得:a=2.0m/s2
(2)选小球为研究对象,设MN面对小球的作用力为FN,
根据牛顿第二定律有:mgsinθ-FN=ma,
代入数据得:FN=6.0N
根据牛顿第三定律,小球对木块MN面的压力大小为6.0N,方向沿斜面向下.
二、动力学的临界问题
1.临界问题:某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态.
2.关键词语:在动力学问题中出现的"最大""最小""刚好""恰能"等词语,一般都暗示了临界状态的出现,隐含了相应的临界条件.
3.临界问题的常见类型及临界条件:
(1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触(或脱离)的临界条件是弹力为零.
(2)相对静止或相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大静摩擦力.
(3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是实际张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是绳上的张力为零.
(4)加速度最大与速度最大的临界条件:当所受合力最大时,具有最大加速度;当所受合力最小时,具有最小加速度.当出现加速度为零时,物体处于临界状态,对应的速度达到最大值或最小值.
4.解答临界问题的三种方法
(1)极限法:把问题推向极端,分析在极端情况下可能出现的状态,从而找出临界条件.
(2)假设法:有些物理过程没有出现明显的临界线索,一般用假设法,即假设出现某种临界状态,分析物体的受力情况与题设是否相同,然后再根据实际情况处理.