李小雷

板塊模型是指木塊和木塊之間相互作用的模型，該模型能夠綜合考察學(xué)生對力和運(yùn)動知識的理解，其中包含靜摩擦力力和滑動摩擦力、運(yùn)動規(guī)律、能量守恒定律等相關(guān)知識，是高考試題當(dāng)中重點(diǎn)考察的常見模型，筆者對試題當(dāng)中的各類能共速板塊模型經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)共速之后的二者的運(yùn)動分為相對靜止和相對滑動兩種情況，下面列舉幾種關(guān)于共速之后的模型供同學(xué)們參考。

一、在沒有人為施加外力的情況下的共速模型

模型特點(diǎn)：木塊和木板在沒有人為施加外力情況下完成各自加速和減速后能夠達(dá)到共同速度后能夠相對靜止或者再次出現(xiàn)相對滑動。

題目當(dāng)中板塊模型沒有人為施加外力，只在本身摩擦力作用下運(yùn)動，如果能夠相對靜止只需要滿足μ1>μ2即可。如果能夠相對滑動只需要滿足μ1<μ2即可，其中μ1為板塊間動摩擦因數(shù)，μ2為木板與地面間的動摩擦因數(shù)，m為木塊質(zhì)量，M為木板質(zhì)量。

證明：假設(shè)板塊模型能夠相對靜止，二者具有共同加速度。μ2（m+M）g=（m+M）a 可以求得共同加速度a=μ2g，板塊之間的摩擦力Ff=μ2m g，如果μ1>μ2，就有μ1m g>μ2m g，二者之間肯定會相對靜止，共同運(yùn)動，但是如果μ1m g<μ2m g，二者之間就會再次出現(xiàn)相對滑動。

例題：一長木板在水平地面上運(yùn)動，在t=0時刻將一相對于地面靜止的物塊輕放到木板上，以后木板運(yùn)動的速度-時間圖像如圖所示。己知物塊與木板的質(zhì)量相等，物塊與木板間及木板與地面間均有靡攘.物塊與木板間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，且物塊始終在木板上。取重力加速度的大小g=10m/s2求：

（1）物塊與木板間；木板與地面間的動摩擦因數(shù)；

（2）從t=0時刻到物塊與木板均停止運(yùn)動時，物塊相對于木板的位移的大小.

解析：本試題是對板塊模型綜合考察，其中包含對圖像知識，牛頓第二定律知識，和運(yùn)動等相關(guān)知識。（1）從圖像當(dāng)中我們可以獲得木板和木板的運(yùn)動情況，木塊在板塊間的摩擦力作用下加速，而木板在板塊之間摩擦力和木板和地面摩擦力共同作用下減速，在t=0.5秒時板塊獲得共同速度。在t=0到t=0.5時間內(nèi)，假設(shè)木塊和木板的加速度分別為a1和a2，則對木塊進(jìn)行研究a1=v1/t1根據(jù)牛頓第二定律a1=μ1m g/m=μ1 g，將v1、t1代入可以求得μ1=0.2，對木板進(jìn)行研究，木板加速度大小a2=v0-v1/ t1，根據(jù)牛頓第二定律a2=μ1m g+2μ2m g/m=μ1 g+2μ2 g，將v0、v1、 t1、μ1代入求得μ2=0.3。（2）在t=0.5時刻二者達(dá)到共速，共速之后二者怎么運(yùn)動呢？我們發(fā)現(xiàn)μ1<μ2，二者還會出現(xiàn)相對滑動，由于木塊和木板之間的摩擦力反向，所以物塊相對于木板向右運(yùn)動，繼續(xù)減速，直到速度減到零，而木板的運(yùn)動情況可以從圖像當(dāng)中獲得也是接著以新的加速度減速，而在新的相對運(yùn)動過程中物塊的加速度大小a1等于a1而木板的加速度大小a2=2μ2m g-μ1m g/m，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式：木塊相對于地面運(yùn)動的距離為s1=2×v12/2 a1，木板相對于地面運(yùn)動的距離為s2=（v02-v12）/2a2+v12/2a2則木塊相對于木板的位移s=s1-s2=1.125m。

試問？如果在第一問當(dāng)中我們?nèi)绻蟮玫膭幽Σ烈驍?shù)當(dāng)中如果μ1>μ2的話，情況又是怎么樣呢？比如說μ1=0.3而μ2=0.2。那么結(jié)果就會出現(xiàn)在t=0.5后二者相對靜止，共同減速。

結(jié)論：在在沒有人為施加外力的情況下如果能夠相對靜止只需要滿足μ1>μ2即可。如果能夠相對滑動只需要滿足μ1<μ2即可。

二、在有人為施加外力的情況下的共速模型

模型特點(diǎn)：木塊或木板在受到人為外力作用下各自完成加速或者減速到共速時出現(xiàn)相對靜止或者再次出現(xiàn)相對滑動。

如果共速后相對靜止，一般題目的題干當(dāng)中或者提問的問題當(dāng)中都會有明確的提示，比如說問題當(dāng)中可能會有小木板至少多長才能保證木塊不從小木板上掉下來？或者題干當(dāng)中有恰能到達(dá)木板的最右端諸如此類的提示，就表明共速之后就能夠相對靜止。但是到底能否相對靜止還是相對滑動我們可以簡單證明：

證明：假設(shè)有人為施加外力F，板塊之間摩擦因數(shù)為μ1木板與地面之間的摩擦因數(shù)為μ2，木塊質(zhì)量為m木板質(zhì)量為M，令二者能夠在外力F的作用下達(dá)到相對靜止，二者共同的加速度大小a滿足（m+M）a=F-μ2（m+M）g，然后對物塊分析，板塊之間的摩擦力大小Ff=mF/（m+M）- μ2mg，如果Ff小于板塊之間的最大靜摩擦力μ1mg，二者共速之后就肯定相對靜止，如果果Ff大于板塊之間的最大靜摩擦力μ1mg，二者就會在共速之后繼續(xù)相對滑動。

總結(jié)，在考試當(dāng)中如果遇到能共速板塊模型問題時，除非題目的試題黨總有明顯暗示，我們必須假設(shè)法進(jìn)行相應(yīng)判斷，如果是沒有人為施加外力情況下能夠相對靜止只需要滿足μ1>μ2即可，如果能夠相對滑動只需要滿足μ1<μ2即可；如果是有人為施加外力情況下我們可以假設(shè)法進(jìn)行判斷。