题目内容
【题目】如图(a)所示,在足够长的光滑水平面上,放置一长为L=1 m、质量为m1=0.5 kg的木板A,一质量为m2=1 kg的小物体B以初速度v0滑上A的上表面的同时对A施加一个水平向右的力F,A与B之间的动摩擦因数为μ=0.2,g=10 m/s2;小物体B在A上运动的路程s与F力的关系如图(b)所示。求:v0、F1、F2。
【答案】(1)v0=4 m/s (2)F1=3 N (3)F2=9 N
【解析】
由图象可看出当F≤1N时,B物体在A板上的路程始终等于板长L,当F=1N时,刚好不从A板右端掉下,此后A和B一起相对静止并加速运动,根据牛顿第二定律及运动学基本公式,抓住位移之间的关系列式,联立方程求出B在A上相对A向右运动的路程S与F、的关系式,把F=1N和S=1m带入即可求解;当时,随着F力增大,S减小,当时,出现S突变,说明此时A、B在达到共同速度后,恰好再次发生相对运动,B将会从A板左端掉下.对A、B恰好发生相对运动时,B的加速度为,则整体加速度也为,由牛顿第二定律列式即可求解;求出此时B在A上运动的路程,当时,物体B在A板上的路程为B相对A向右运动的路程的两倍.把时,将代入S与F、的关系式,即可求解.
由图象可看出当F≤1N时,B物体在A板上的路程始终等于板长L
当F=1N时,刚好不从A板右端掉下,此后A和B一起相对静止并加速运动
设B物体的加速度为,A板的加速度为,由牛顿第二定律有:
对B,有:①
对A,有:②
设B运动的位移为,A运动的位移为,经过t时间两者速度均为v
根据运动学公式得:③,④,⑤
B在A上相对A向右运动的路程⑥
联立①②③④⑤⑥解得: ⑦
将F=1 N,s=1 m代入,解得:
根据⑦式分析可知,当时,随着F力增大,s减小,当时,出现s突变,说明此时A、B在达到共同速度后,恰好再次发生相对运动,B将会从A板左端掉下。对A、B恰好发生相对运动时,B的加速度为,则整体加速度也为
由牛顿第二定律有:⑧
联立①⑧解得解得
此时B在A上运动的路程为
当时,物体B在A板上的路程为B相对A向右运动的路程的两倍。
故当时,将代入⑦式解得:。