题目
将质量为m的滑块放置在质量为M的光滑斜面上,斜面可在桌面滑动,和桌面之间存在摩擦,且摩擦系数较小,如果斜面的质量远大于滑块的质量,那么当滑块下滑时( )A. 当斜面倾角为30度时,斜面最容易在桌面上滑动B. 其他说法都不对C. 当斜面倾角为60度时,斜面最容易在桌面上滑动D. 当斜面倾角为45度时,斜面最容易在桌面上滑动
将质量为m的滑块放置在质量为M的光滑斜面上,斜面可在桌面滑动,和桌面之间存在摩擦,且摩擦系数较小,如果斜面的质量远大于滑块的质量,那么当滑块下滑时( )
- A. 当斜面倾角为30度时,斜面最容易在桌面上滑动
- B. 其他说法都不对
- C. 当斜面倾角为60度时,斜面最容易在桌面上滑动
- D. 当斜面倾角为45度时,斜面最容易在桌面上滑动
题目解答
答案
解:根据几何关系可知,滑块对斜面的压力为mgcosθ,根据几何关系可知,压力分解到水平方向上的分力为Fx=mgcosθsinθ=$\frac{1}{2}$mgsin2θ,由此可知,当斜面倾角为45度时,斜面最容易在桌面上滑动,故D正确,ABC错误;
故选:D。
故选:D。
解析
本题考查物体间的相互作用力与力的分解,核心在于分析滑块对斜面的水平推力如何随倾角变化。关键点在于:
- 滑块对斜面的压力的水平分量决定了斜面在桌面上滑动的难易程度;
- 通过力的分解,将压力分解为水平方向的分力,并找到其最大值对应的倾角。
受力分析与分解
- 滑块对斜面的压力:滑块在斜面上下滑时,对斜面的压力大小为 $N = mg\cos\theta$(垂直于斜面)。
- 水平分力的计算:压力的水平分量为 $F_x = N \sin\theta = mg\cos\theta \sin\theta$,可化简为 $F_x = \frac{1}{2}mg\sin2\theta$。
最大值条件
- $\sin2\theta$ 的最大值为 $1$,当且仅当 $2\theta = 90^\circ$,即 $\theta = 45^\circ$ 时,$F_x$ 达到最大值 $\frac{1}{2}mg$。
- 结论:当斜面倾角为 $45^\circ$ 时,水平推力最大,斜面最容易滑动。