题目内容

质量为M=4.0kg的平板小车静止在光滑的水平面上,如图所示,当t=0时,两个质量分别为mA=2kg、mB=1kg的小物体AB都以大小为v0=7m/s。方向相反的水平速度,同时从小车板面上的左右两端相向滑动。到它们在小车上停止滑动时,没有相碰,AB与车间的动摩擦因素μ=0.2,取g=10m/s2,求:

(1)A在车上刚停止滑动时,A和车的速度大小

(2)AB在车上都停止滑动时车的速度及此时车运动了多长时间。

(3)在给出的坐标系中画出小车运动的速度——时间图象。

(1) 1.4m/s (2) 4.0s

(3)


解析:

(1)当A和B在车上都滑行时,在水平方向它们的受力分析如图所示:

由受力图可知,A向右减速,B向左减速,小车向右加速,所以首先是A物块速度减小到与小车速度相等。设A减速到与小车速度大小相等时,所用时间为t1,其速度大小为v1,则:

v1=v0-aAt      1分

μmAg=mAaB          1分

v1=at1       1分

μmAg-μmBg=Ma   1分

由①②联立得:   t1=2.8s         2分v1=1.4m/s 2分

(2)根据动量守恒定律有:

 mAv0-mBv0=(M+mA+mB)v        ④  ;2分

   v=1m/s              ⑤           1分

总动量向右, 当A与小车速度相同时,A与车之间将不会相对滑动了。

设再经过t2时间小物体AB、车速度相同,则:       -v=v1-aBt2      1分

  μmBg=mAaB  ⑥1分

由⑥⑦式得:t2=1.2s            ⑦1分

所以A、B在车上都停止滑动时,车的运动时间为t=t1+t2=4.0s                 ⑧1分

(3)由(1)可知t1=2.8s时,小车的速度为v1=1.4m/s,

在0~t1时间内小车做匀加速运动。在t1~t2时间内小车做匀减速运动,末速度为v=1.0m/s,小车的速度—时间图如图所示(5分)

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