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专题三：滑块、滑板类问题一个滑板一滑块，在中学物理中这一最简单、最典型的模型，外加档板、弹簧等辅助器件，便可以构成物理情景各不相同、知识考察视点灵巧多变的物理习题，能够广泛考察学生的应用能力、迁移能力，成为力学综合问题的一道亮丽风景。
归纳起来，滑板滑块问题主要有以下几种情形：一．系统机械能守恒，动量（或某一方向动量）守恒当物体系既没有外力做功，也没有内部非保守力（如滑动摩擦力）做功时，这个物体系机械能守恒；同时，物体系受合力（或某一方向合力）为零，动量（或某一方向动量）守恒。
例1．有光滑圆弧轨道的小车总质量为M，静止在光滑的水平地面上，轨道足够长，下端水平，有一质量为m的滑块以水平初速度V0滚上小车（图1），求：Array⑴滑块沿圆弧轨道上升的最大高度h。
⑵滑块又滚回来和M分离时两者的速度。
图1[解析]⑴小球滚上小车的过程中，系统水平方向上动量守恒，小球沿轨道上升的过程中，球的水平分速度从V0开始逐渐减小，而小车的速度却从零开始逐渐增大，若V球> V车，则球处于上升阶段；若V球<V车，则球处于下滑阶段。
（V球为球的水平分速度）。
因此，小球在最大高度时二者速度相等。
设二者速度均为V，根据动量守恒定律有：m V0=（M+m）V ①又因为整个过程中只有重力势能和动能之间的相互转化，所以系统的机械能守恒，根据机械能守恒定律有1/2m V2=1/2（M+m）V2+mgh ②解①②式可得球上升的最大高度h= m V02/ 2（M+m）g⑵设小球又滚回来和M分离时二者的速度分别为V1和V2，则根据动量守恒和机械能守恒可得： m V0=m V1+M V2 ③1/2 m V02=1/2 m V12+1/2 MV22 ④解③④可得：小球的速度 V1 = ( m- M)/( m + M )V0小车的速度： V2= 2 m / ( M + m)二．系统所受合外力为零，满足动量守恒条件；但机械能不守恒，据物体系功能原理，外力做正功使物体系机械能增加，而内部非保守力做负功会使物体系的机械能减少。
滑块与滑板类问题1.处理滑块与滑板类问题的基本思路与方法是什么?判断滑块与滑板间是否存在相对滑动是思考问题的着眼点.方法有整体法隔离法、假设法等.即先假设滑块与滑板相对静止，然后根据牛顿第二定律求出滑块与滑板之间的摩擦力，再讨论滑块与滑板之间的摩擦力是不是大于最大静摩擦力.2.滑块与滑板存在相对滑动的临界条件是什么?(1)运动学条件：若两物体速度和加速度不等，则会相对滑动.(2)动力学条件：假设两物体间无相对滑动，先用整体法算出一起运动的加速度，再用隔离法算出其中一个物体“所需要”的摩擦力f;比较f与最大静摩擦力fm的关系，若f﹥fm，则发生相对滑动.3.滑块滑离滑板的临界条件是什么?当滑板的长度一定时，滑块可能从滑板滑下，恰好滑到滑板的边缘达到共同速度是滑块滑离滑板的临界条件.例1：质量是2kg的物体A放在质量是4kg的物体B上，B放在光滑的水平面上，A、B之间的摩擦因数是0.5，最初A、B静止，现要对A施加一个力F，使A从B上滑下，问F需要满足的什么条件？其中则代入数值解得F>15N例2质量是0.4kg的物体A,带电量是+5x10-6c，其大小可以忽略，放在长木板B上，B的质量是0.1kg,B 不带电,水平地面与B之间的摩擦因数是0.3, A、B之间的摩擦因数是0.5，A、B最开始静止，现在A所在的区域加一个水平向右的有界匀强电场,左边界在A的左边缘,右边界距左边界0.5m,场强E=5x105,那么当A运动出电场时的速度是多大?若E=9x105那么当A运动出电场时的速度是多大?若B和地面之间的摩擦因数是0.5,那么上两个问又是怎么样呢? (设B足够长)找出使A、B相对滑动的临界值，判断在此电场力的作用下，A、B是否相对滑动,A、B若相对滑动其受力情况A、B相对滑动的条件是解得E>8x105，所以A、B还没有相对滑动，可以用整体法求出其加速度一、木板固定：对滑块使用运动学公式或者动能定理。
《滑块—滑板模型专题练习》1．如图所示，一质量M =50kg、长L=3m的平板车静止在光滑水平地面上，平板车上表面距地面的高度h=1.8m。
一质量m=10kg可视为质点的滑块，以v0=7.5m/s的初速度从左端滑上平板车，滑块与平板车间的动摩擦因数μ=0.5，取g =10m/s2。
（1）分别求出滑块在平板车上滑行时，滑块与平板车的加速度大小；（2）计算说明滑块能否从平板车的右端滑出。
2．如图，A为一石墨块，B为静止于水平面的足够长的木板，已知A的质量m A和B的质量m B均为2kg，A、B之间的动摩擦因数μ1 = 0.05，B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1 。
t=0时，电动机通过水平细绳拉木板B，使B做初速度为零，加速度a B=1m/s2的匀加速直线运动。
最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度g=10m/s2。
求：（1）当t1=1.0s时，将石墨块A轻放在木板B上，此时A的加速度a A大小；（2）当A放到木板上后，保持B的加速度仍为a B=1m/s2，此时木板B所受拉力F的大小；（3）当B做初速度为零，加速度a B=1m/s2的匀加速直线运动，t1=1.0s时，将石墨块A轻放在木板B上，则t2=2.0s时，石墨块A在木板B上留下了多长的划痕？3．如图，一块质量为M = 2kg、长L = 1m的匀质木板放在足够长的光滑水平桌面上，初始时速度为零．板的最左端放置一个质量m = 1kg的小物块，小物块与木板间的动摩擦因数为μ = 0.2，小物块上连接一根足够长的水平轻质细绳，细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮（细绳与滑轮间的摩擦不计，木板与滑轮之间距离足够长，g = 10m/s2）。
⑴若木板被固定，某人以恒力F= 4N向下拉绳，则小木块滑离木板所需要的时间是多少？⑵若木板不固定，某人仍以恒力F= 4N向下拉绳，则小木块滑离木板所需要的时间是多少？4、一个小圆盘静止在桌布上，桌布位于一方桌的水平桌面的中央。
牛顿运动定律：滑块与滑板问题例一、如图所示，有一长度为L=1m 、质量1m =1kg 的木板，静止放在光滑的水平面上，在木板的一端放置一质量为2m =4kg 小物块，物块与木板间的动摩擦因数5.0=μ，要使物块在2s 内运动到木板的另一端，那么作用到物块的水平力F 是多少？（g 取2/10s m ）变式训练1、把上面的题目改一下：如果说地面也不光滑，动摩擦因数为0.1，仍使物块在2s 内运动到木板的另一端，那么作用到物块的水平力F 是多少？（g 取2/10s m ）小结：1、两个相互接触的木板与物块间的相对运动问题，都是力和运动类的题目，这类题目应先求出加速度，因为它是联系力和运动的桥梁。
2、处理木板与物块间的相对运动问题与它们相似的问题（比如猫爬杆）要单独分析每个物体的合外力，再求加速度。
变式训练2、如图所示，在倾角为α的固定光滑斜面上，有一用绳子拴着的长木板，木板上站着一只猫．已知木板的质量是猫的质量的2倍．当绳子突然断开时，猫立即沿着板向上跑，以保持其相对斜面的位置不变．则此时木板沿斜面下滑的加速度是多少？例2、如图所示，在水平的桌面上有一木板长为L=0.5m ，一端与桌边对齐，板的上表面与铁块的动摩擦因数5.01=μ，桌面与木板下表面的动摩擦因数25.02=μ，木板的质量为M=1kg ，在木板的中央放一小铁块，质量m=0.25kg ，用水平力F 拉木板。
求：（1）拉力至少多大，铁块会与木板发生相对运动？（2）拉力至少是多大，铁块不会从桌上落下。
（铁块与桌面的动摩擦因数也为2μ）变式训练3、物体A 的质量M=1kg ，静止在光滑水平面上的平板车B 的质量为m=0.5kg 、长L=1m 。
某时刻A 以0v =4m/s 向右的初速度没上平板车B 的上表面，在A 滑上B 的同时，给B 施加一个水平向右的拉力F 。
忽略物体A 的大小，已知A 与B 之间的动摩擦因数μ=0.2取2/10s m g =。
1一 无外力F 的板块问题分析【知识构建】1. 地面光滑，即板和地面的μ2=0，2.地面粗糙，即A 和B 的动摩擦因数μ1板和地面的动摩擦因数μ2， （1）μ1＞μ2（2）μ1＜μ211mg ma μ=()()23+M m g M m a μ+=23.板和快都有初速度【总结】μ1＞μ2 μ1＜μ211a v t =3【典例分析】 1、地面光滑【例1】 （多选）（2021·深圳第二外国语学校高一开学考试）如图甲所示，长木板A 静止在光滑水平面上，另一质量为2kg 的物体B （可看作质点）以水平速度v 0＝3 m/s 滑上长木板A 的表面。
由于A 、B 间存在摩擦，之后的运动过程中A 、B 的速度图像如图乙所示。
g 取10 m/s 2，下列说法正确的是（ ）A ．长木板A 、物体B 所受的摩擦力均与运动方向相反 B ．A 、B 之间的动摩擦因数μ＝0.2C ．长木板A 的长度可能为L ＝0.8 mD ．长木板A 的质量是4kg 【答案】BD【详解】A ．由题意可知，A 木板的运动方向与其摩擦力方向相同，故A 错误；B ．由图象知B 的加速度大小为2231m/s 2m/s 1B a -==对B 进行分析有：μm B g =m B a B ，可解得：μ=0.2故B 正确；C ．由题意可知，木块B 尚未滑出木板A ，则临界条件为当AB 具有共同速度时，B 恰好滑到A 的右端，设A 、B 物体位移量分别为s A 、s B ，加速度分别为a A 、a B ，由图可知a A =1m/s 2，a B =2m/s 2，A 的长度为L ，则有：22011,,22A A B B B A s a t s v t a t s s L ==--=联立上式可解得L =1.5m ，即L ≥1.5m 即可，故C 错误；D ．由μm B g =m A a A ，μm B g =m B a B 联立两式可解得：21A B BA a m a m ==即A 物体的质量是B 物体的两倍，长木板A 的质量是4kg ，故D 正确；故选BD 。
滑块——滑板问题典型例题例题 1.(多选)光滑水平面上，木板 m1 向左匀速运动．t＝0 时刻，木块从木板 的左端向右以与木板相同大小的速度滑上木板，t1 时刻，木块和木板相对静止， 共同向左匀速运动．以 v1 和 a1 表示木板的速度和加速度，以 v2 和 a2 表示木块的 速度和加速度，以向左为正方向，则下列图像正确的是( )vv m2m1aa2ot1 ta1 Aa a2ot1 ta1Bvv1ot1tv2 Cvv1ot1 tv2 D【答案】：BD【解析】：t＝0 时刻，木块从木板的左端向右以与木板相同大小的速度滑上木板，在摩擦力作用下，二者均 做匀减速直线运动。
根据题述“t1 时刻，木块和木板相对静止，共同向左匀速运动”可知木块的速度先向右 减小到零，即木块加速度大小大于木板，图像 B 正确；之后木块再向左加速，最终与木板共速，图像 D 正 确。
选 BD.例题 2.在光滑水平面上有一质量为 m1 的足够长的木板，其上叠放一质量为 m2 的木块。
假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。
现给木块 施加一随时间 t 增大的水平力 F＝kt(k 是常量)，木板和木块加速度的大小分别 为 a1 和 a2。
下列反映 a1 和 a2 随时间 t 变化的图线中正确的是( )F m2m1aa2a1o Ata a2a1o Btaa1a2o Ctaa2a1o Dt【答案】：A【解析】：当 F 比较小时，两个物体相对静止，一起匀加速运动，根据牛顿第二定律，有 F＝(m1＋m2)a，解得 a＝m1＋F m2＝m1＋kt m2，即木板和木块的加速度相同且与时间成正比。
当 F 比较大时，木块相对于木板向右运动，两者加速度不同，即当木板与木块间的摩擦力达到 μm2g 后两者发生相对滑动，对木块有 F－μm2g＝m2a2，a2＝F－mμ2m2g＝mkt2－μg，故其图线的斜率增大；对木板，在发生相对滑动后，有 μm2g＝m1a1，故 a1＝μmm21g为定值。
板块的临界问题【例1】木板M 静止在光滑水平面上，木板上放着一个小滑块m ，与木板之间的动摩擦因数μ，为了使得m 能从M 上滑落下来，求下列各种情况下力F 的大小范围。
解析（1）m 与M 刚要发生相对滑动的临界条件：①要滑动：m 与M 间的静摩擦力达到最大静摩擦力；②未滑动：此时m 与M 加速度仍相同。
受力分析如图，先隔离m ，由牛顿第二定律可得：a=μmg/m=μg 再对整体，由牛顿第二定律可得：F0=(M+m)a解得：F0=μ(M+m) g所以，F 的大小范围为：F>μ(M+m)g（2）受力分析如图，先隔离M ，由牛顿第二定律可得：a=μmg/M 再对整体，由牛顿第二定律可得：F0=(M+m)a 解得：F0=μ(M+m) mg/M所以，F 的大小范围为：F>μ(M+m)mg/M 板块的动力学问题【例2】如图所示，有一块木板静止在光滑水平面上，木板质量M=4kg ，长L=1.4m.木板右端放着一个小滑块，小滑块质量m=1kg ，其尺寸远小于L ，它与木板之间的动摩擦因数μ=0.4，g=10m/s2，（1）现用水平向右的恒力F 作用在木板M 上，为了使得m 能从M 上滑落下来，求F 的大小范围. （2）若其它条件不变，恒力F=22.8N ，且始终作用在M 上，求m 在M 上滑动的时间. [解析]（1）小滑块与木板间的滑动摩擦力f=μFN=μmg=4N…………①滑动摩擦力f 是使滑块产生加速度的最大合外力，其最大加速度a1=f/m=μg=4m/s2 …②当木板的加速度a2> a1时，滑块将相对于木板向左滑动，直至脱离木板 F-f=m a2>m a1 F> f +m a1=20N …………③ 即当F>20N ，且保持作用一般时间后，小滑块将从木板上滑落下来。
（2）当恒力F=22.8N 时，木板的加速度a2＇，由牛顿第二定律得F-f=Ｍa2＇解得：a2＇＝4.7m/s2………④设二者相对滑动时间为t ，在分离之前 小滑块：x1=½ a1t2 …………⑤木板：x1=½ a2＇t2 …………⑥又有x2－x1=L …………⑦ 解得：t=2s …………⑧【例3】质量m=1kg 的滑块放在质量为M=1kg 的长木板左端，木板放在光滑的水平面上，滑块与木板之间的动摩擦因数为0.1，木板长L=75cm ，开始时两者都处于静止状态，如图所示，试求：（1）用水平力F0拉小滑块，使小滑块与木板以相同的速度一起滑动，力F0的最大值应为多少？ （2）用水平恒力F 拉小滑块向木板的右端运动，在t=0.5s 内使滑块从木板右端滑出，力F 应为多大？（3）按第（2）问的力F 的作用，在小滑块刚刚从长木板右端滑出时，滑块和木板滑行的距离各为多少？（设m 与M 之间的最大静摩擦力与它们之间的滑动摩擦力大小相等）。
（取g=10m/s2）. 解析：（1）对木板M ，水平方向受静摩擦力f 向右，当f=fm=μmg 时，M 有最大加速度，此时对应的F0即为使m 与M 一起以共同速度滑动的最大值。
对M ，最大加速度aM ，由牛顿第二定律得：aM= fm/M=μmg/M =1m/s2要使滑块与木板共同运动，m 的最大加速度am=aM ， 对滑块有F0－μmg=mamm FM M m F Mm F x 1 F x 2 L ffFMm所以 F0=μmg+mam=2N 即力F0不能超过2N（2）将滑块从木板上拉出时，木板受滑动摩擦力f=μmg ，此时木板的加速度a2为 a2=f/M=μmg/M =1m/s2. 由匀变速直线运动的规律，有（m 与M 均为匀加速直线运动）木板位移 x2= ½a2t2 ① 滑块位移 x1= ½a1t2 ②位移关系 x1－x2=L ③将①、②、③式联立，解出a1=7m/s2对滑块，由牛顿第二定律得:F －μmg=ma1 所以 F=μmg+ma1=8N （3）将滑块从木板上拉出的过程中，滑块和木板的位移分别为 x1= ½a1t2= 7/8m x2= ½a2t2= 1/8m2．长为1.5m 的长木板B 静止放在水平冰面上，小物块A 以某一初速度从木板B 的左端滑上长木板B ，直到A 、B 的速度达到相同，此时A 、B 的速度为0.4m/s ，然后A 、B 又一起在水平冰面上滑行了8.0cm 后停下．若小物块A 可视为质点，它与长木板B 的质量相同，A 、B 间的动摩擦因数μ1=0.25．求：（取g =10m/s 2） （1）木块与冰面的动摩擦因数． （2）小物块相对于长木板滑行的距离． （3）为了保证小物块不从木板的右端滑落，小物块滑上长木板的初速度应为多大？ 解析：（1）A 、B 一起运动时，受冰面对它的滑动摩擦力，做匀减速运动，加速度222 1.0m/s 2v a g sμ=== 解得木板与冰面的动摩擦因数μ2=0.10（2）小物块A 在长木板上受木板对它的滑动摩擦力，做匀减速运动，加速度 a 1=μ1g =2.5m/s 2小物块A 在木板上滑动，木块B 受小物块A 的滑动摩擦力和冰面的滑动摩擦力，做匀加速运动，有μ1mg －μ2(2m )g =ma 2 解得加速度a 2=0.50m/s 2设小物块滑上木板时的初速度为v 10，经时间t 后A 、B 的速度相同为v由长木板的运动得v =a 2t ，解得滑行时间20.8s vt a == 小物块滑上木板的初速度 v 10=v ＋a 1t =2.4m/s小物块A 在长木板B 上滑动的距离为22120112110.96m 22s s s v t a t a t ∆=-=--=（3）小物块A 滑上长木板的初速度越大，它在长木板B 上相对木板滑动的距离越大，当滑动距离等于木板长时，物块A 达到木板B 的最右端，两者的速度相等（设为v ′)，这种情况下A 的初速度为保证不从木板上滑落的最大初速度，设为v 0．有220121122v t a t a t L --= 012v v a tv a t ''-==由以上三式解得，为了保证小物块不从木板的右端滑落，小物块滑上长木板的初速度不大于最大初速度0122() 3.0m/s v a a L =+=7.如图3-2-19 所示，小车质量M 为2.0 kg,与水平地面阻力忽略不计，物体质量m=0.5 kg ，物体与小车间的动摩擦因数为0.3.(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(1)小车在外力作用下以1.2 m/s 2的加速度向右运动时，物体受摩擦力多大？ （2）欲使小车产生3.5 m/s 2的加速度，需给小车提供多大的水平推力？ （3）若要使物体m 脱离小车，问至少应向小车提供多大的水平推力？（4）若小车长l=1 m ，静止小车在8.5 N 水平推力作用下，物体由车的右端向左滑动，滑离小车需多长时间？(物体可视为质点)7解析：物体能与小车保持相对静止时小车的最大加速度a 0=μg=3 m/s 2.（1）由于a 1=1.2 m/s 2＜a 0，物体相对小车静止，物体受静摩擦力1f F =ma 1=0.50×1.2 N=0.6 N.A vB x 2x 1 LF(2)由于小车的加速度a 2=3.5 m/s 2＞a 0，故物体与小车相对滑动.以小车为研究对象受力分析，如图(a)所示，其中F N 、2f F 是物体对小车的压力和滑动摩擦力.则F N =mg2f F =μF N =μmg F-2f F =Ma 2所以F=Ma 2+2f F =(2.0×3.5+1.5) N=8.5 N.(3)要使m 脱离小车，则必须a 车＞a 物，即a 车＞a 0，而a 车=MF F f 2-,所以MF F f 2-＞μg解得F ＞μ(M+m)g=7.5 N. (4)由于F=8.5 N,水平推力大于7.5 N ，所以物体会滑落，如图(a)所示.小车的加速度 a 2′=0.25.15.82-=-MF F f m/s 2=3.5 m/s 2物体的加速度a 1′=mF f 2=μg=3 m/s 2由图(b)知滑落时小车的位移为:s 2=22'21t a , 物体位移为s 1=21'21t a而s 2-s 1=l,即21(a 2′-a 1′)t 2=l 故t=s a a l 35.312''212-⨯=-=2 s.8. 如图7，质量M kg =8的小车停放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力F=8N 。
当小车向右运动速度达到3m/s 时，在小车的右端轻放一质量m=2kg 的小物块，物块与小车间的动摩擦因数μ=02.，假定小车足够长，问： （1）经过多长时间物块停止与小车间的相对运动？（2）小物块从放在车上开始经过t s 030=.所通过的位移是多少？（g 取102m s /）8 解析：（1）物块放上小车后做初速度为零加速度为a 1的匀加速直线运动，小车做加速度为a 2匀加速运动。
由牛顿运动定律：物块放上小车后加速度：a g m s 122==μ/ 小车加速度：()a F mg M m s 2205=-=μ/./v a tv a t11223==+ 由v v 12=得：t s =2（2）物块在前2s 内做加速度为a 1的匀加速运动，后1s 同小车一起做加速度为a 2的匀加速运动。
以系统为研究对象：根据牛顿运动定律，由()F M m a =+3得：()a F M m m s 3208=+=/./ 物块位移s s s =+12 ()()s a t ms v t at m s s s m112212212124124484===+==+=//.. 9如图所示,有一块木板静止在光滑足够长的水平面上,木板的质量为M =4 kg,长度为L =1 m;木板的右端停放着一个小滑块,小滑块的质量为m =1 kg,其尺寸远远小于木板长度,它与木板间的动摩擦因数为μ=0.4,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求: (1)为使木板能从滑块下抽出来,作用在木板右端的水平恒力F 的大小应满足的条件. (2)若其他条件不变,在F =28 N 的水平恒力持续作用下,需多长时间能将木板从滑块下抽出. 答案 (1)F >20 N (2)1 s如图所示，质量为M=1kg 的木板B 静止在水平面上，一质量为m=1kg 的滑块A 以v0=10m/s 的水平初速度从左端滑上木板B ，最终停止在木板B 上，滑块A 与木板B 间的动摩擦因数4.01=μ，木板B 与水平面间的动摩擦因数15.02=μ，g=10m/s2,求：木板B 至少有多长滑块A 相对木板B 滑行过程中系统消耗的机械能木板B 在水平面上滑行的距离解：设木块A 滑到B 上做匀减速直线运动的加速度大小为a1,木板B 做匀加速运动的加速度为a2,AB 刚达到共同速度经历的时间为t ，共同速度为v 有 A1=211/4s m g a ==μ,2212/12s m mmgmg a =-=μμ,由速度关系，ta v v 10-=，t a v 2=,t v t vt v v L 22200=-+=，解得L=10m (2)由J mv mv E 4621220=-=(3)设A,B 相对静止后在水平面上滑行的加速度大小为a3,有a3=1.5m/s2,3222221a v t a S B +=,解得SB=10/31．(2010淮阴中学卷)如图，在光滑水平面上，放着两块长度相同，质量分别为M 1和M 2的木板，在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。
