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对一道高考题的分析

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■ 例题 (2011年江苏卷第9题)如图1所示,倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上,一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧,绸带与斜面间无摩擦. 现将质量分别为M、m(M>m)的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上. 两物块与绸带间的动摩擦因数相等,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等. 在α角取不同值的情况下,下列说法正确的有( )

A. 两物块所受摩擦力的大小总是相等

B. 两物块不可能同时相对绸带静止

C. M不可能相对绸带发生滑动

D. m不可能相对斜面向上滑动

题的正确答案是:AC

以下对该问题进行分析

■ 1. 两物块所受摩擦力的大小必须相等

如图1所示,M、m对绸带的摩擦力均沿斜面向下,由于绸带的质量为零,根据牛顿第二定律,两个物块对绸带的摩擦力必须大小相等,否则绸带的加速度为无穷大,所以A选项正确.

■ 2. M不可能相对绸带发生滑动

若M相对绸带滑动,由于M>m,m不可能提供和M相同的滑动摩擦力,所以M不可能相对绸带发生滑动,C选项正确.

■ 3. 进一步讨论

如图3所示,设两个物块与绸带间相互作用的摩擦力大小均为f,设M的加速度大小为aM方向沿斜面向下;m的加速度大小为am方向沿斜面向上.

对M有:Mgsinα-f=MaM ①

对m有:f-mgsinα=mam ②

(1) 若m相对绸带静止,设此时两物块的加速度大小为a0,由①②得:

a0=■g

(2) 若m相对绸带滑动,设动摩擦因数为μ,此时f=μmgcosα

由②得:am=g(μcosα-sinα)

当tanα0,m相对斜面向上运动;

当tanα=μ时,am=0,m相对斜面静止;

若tanα>μ,am

由①得:aM=■g

若am>0,由于aM>am(M相对绸带静止,m相对绸带滑动),

即■g>g(μcosα-sinα),即tanα>■,所以当满足:μ>tanα>■时,m相对斜面向上做加速运动.

(3) 当tanα≤■时,两物块均相对绸带静止,此时M的加速度为a0.

■ 4. 结语

本题中,考生对绸带作为轻质模型能准确理解的话,就能选对选项A. 能搞清楚M和m同时相对绸带滑动时,M对绸带的摩擦力要比m对绸带的摩擦力大,才能选对选项C. 要能准确排除选项B、D,这对考生综合分析的能力要求则更高. 通过以上的分析不难看出,当μ、M、m一定时:

(1) tanα≤■,两物块均相对绸带静止;

(2) tanα>■,M相对绸带静止,m相对绸带滑动.

① μ>tanα>■时,m相对斜面向上做加速运动;

② tanα=μ,am=0;m相对斜面静止;

③ tanα>μ,am