题目内容

如图所示光滑水平面有一长木板其质量为mA=1 kg,长木板两端有两小物块,其质量分别为mB=2 kg,mC=5 kg。已知B与A之间、C与A之间的动摩擦因数均为μ=0.5,现物块C以初速度v0=8 m/s向左运动,最终物块C恰好没有与B相碰(g=10 m/s2,B、C均可看成质点)。

(1)在此过程中A的最大速度是多大?

(2)此过程中内能增加了多少?

(3)为使B、C不相撞,木板的长度至少为多长?

解:(1)C的加速度为aC=μg=15 m/s2  ;若A、B之间不滑动,则A、B一起加速运动,加速度为aAB=>μg,故假设不成立,即A、B之间存在相对滑动。这样A的加速度为aA=μg=15m/s2;扫的加速度为aB=μg=5 m/s2  :设A、C经过时间2后速度均变为v,则v=8-5t=15t,所以t=0.4 s;此时的速度即为A的最大速度,故v=6 m/s  ;

(2)A、C之间相对滑动的距离sCA=sC-sA=v0t-aCt2-aAt2=1.6 m  ;此时A、C不再相对滑动,最终三者的共同速度由动量守恒mcv0=(mA+mB+mC)v可得:v=5 m/s,故内能的增加量为ΔE=mCv02-(mA+mB+mC)v2=60J  ;(3)首先是C与A的相对滑动,当A与C相对静止后,B与A仍有相对滑动,B与A的总的相对滑动距离可由能量守恒求得:μmBgsAB+μmCgsAC=60得:sAB=2 m  ;所以木板的最小长度为L=sAB+sAC=3.6 m


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