在高中物理的連接體問題中,同學(xué)們見多了當相互連接的兩個物體達到共速后保持相對靜止一起運動的情況,往往會形成思維定式,認為連接體中二者共速后一定保持相對靜止一起運動。然而在實際問題中并不總是如此。那么當連接體內(nèi)的兩個物體共速后保持相對靜止的條件是什么呢?下面以傳送帶模型為例探究這個問題。
例題 如圖l所示,傳送帶水平放置,傳送帶的長度L=16 m,以v=lO m/s的速度沿順時針方向轉(zhuǎn)動。將質(zhì)量m=l kg的物塊輕輕地放在傳送帶左端,物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)u=0.5,取g=IO m/s。求物塊在傳送帶上運動的時間。(假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)
之后物塊將做何種運動取決于其受力情況,需要分三種情況進行討論。①若物塊繼續(xù)受到向有的摩擦力,則物塊將繼續(xù)做加速運動,此后物塊的速度必將大于傳送帶的速度,根據(jù)摩擦力與相對運動方向的關(guān)系可知,物塊受到的摩擦力向左,這與假設(shè)相矛盾,因此物塊不可能繼續(xù)受到向有的摩擦力;②若物塊受到向左的摩擦力,則物塊的速度將減小,且小于傳送帶的速度,同理可知,物塊受到的摩擦力向右,這與假設(shè)也矛盾,因此物塊不可能受到像左的摩擦力;③若物塊不受摩擦力,則物塊在水平方向上受力為零,將以與傳送帶一樣的速度做勻速直線運動,符合實際情況。因此當物塊與傳送帶達到共速后,兩者保持相對靜止一起做勻速運動,所用的時間
變式2:保持例題中的其他條件不變,只將傳送帶與水平方向成a=37°角傾斜放置。求物塊在傳送帶上運動的時間。
小結(jié):如果傳送帶水平放置,則二者共速后一定能保持相對靜止;當傳送帶傾斜放置時,二者共速后是否可以保持靜止取決于傳送帶能夠提供的最大靜摩擦力與兩者相對靜止時物塊需要受到的靜摩擦力的大小關(guān)系。
作者單位:安徽省太和縣第二中學(xué)