Question

如圖所示，質(zhì)量m=2.0kg的小鐵塊靜止于水平導(dǎo)軌AB的A端，導(dǎo)軌及支架ABCD總質(zhì)量M=4.0kg，形狀及尺寸已在圖中注明，該支架只可以繞著過D點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在圖示豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)．為簡(jiǎn)便起見，可將導(dǎo)軌及支架ABCD所受的重力看作集中作用于圖中的O點(diǎn)．現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌的拉力F通過細(xì)線拉鐵塊，假定鐵塊起動(dòng)后立即以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拉力F=10N．
（1）鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力多大？
（2）鐵塊對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力的力臂多大？
（3）從鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)起，導(dǎo)軌（及支架）能保持靜止的最長(zhǎng)時(shí)間是多少？（g=10N/kg）

Answer 1

解：（1）鐵塊起動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拉力就等于鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力，
用f表示鐵塊所受摩擦力，f=F=10N．
（2）鐵塊對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力作用線沿著導(dǎo)軌AB，所求力臂即為D到AB的距離．用L表示該力臂，L=0.8m．
（3）設(shè)當(dāng)鐵塊運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí)，支架剛好開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)過E點(diǎn)的豎直線在D點(diǎn)右側(cè)，距D點(diǎn)為x，根據(jù)杠桿平衡條件及已知條件：4.0×10×0.1=2.0×10x+10×0.8（只要意義正確，其他形式也同樣給分）
得x=-0.2m，s=5s
答：（1）鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力為10N；
（2）鐵塊對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力的力臂為0.8m；
（3）從鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)起，導(dǎo)軌（及支架）能保持靜止的最長(zhǎng)時(shí)間是5s．
分析：（1）由題意知：鐵塊起動(dòng)后立即以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拉力就等于鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力；
（2）鐵塊對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力作用線沿著導(dǎo)軌AB，所求力臂即為力的作用點(diǎn)D到AB的距離；
（3）設(shè)當(dāng)鐵塊運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí)，支架剛好開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)過E點(diǎn)的豎直線在D點(diǎn)右側(cè)，距D點(diǎn)為x，根據(jù)杠桿平衡條件及已知條即可求得的．
點(diǎn)評(píng)：此題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，由二力平衡條件的應(yīng)用、速度的計(jì)算，杠桿平衡條件等一系列知識(shí)點(diǎn)，此題將這些知識(shí)點(diǎn)綜合起來，提高了學(xué)生用物理知識(shí)和規(guī)律解決問題的能力，因此是一道好題．