题目内容
如图所示，一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上，在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块，小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2．用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动，经过t=1.0s后撤去该恒力，此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处．在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来．求：
（1）小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向；
（2）作用于木板的恒力F的大小；
（3）木板的长度至少是多少？
（1）小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向；
（2）作用于木板的恒力F的大小；
（3）木板的长度至少是多少？
（1）设小物块受到的摩擦力为f=μN1=μmg=0.2×1.0×10N=2N 方向水平向右．
（2）设小物块的加速度为a1，木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2，此过程中小物块的位移为s1，木板的位移为s2则
由牛顿定律及运动规律可知：f=ma1 a1=2.0m/s2
s1=
a1t2
s2=
a2t2
s2-s1=l
带入数据解得：a2=4m/s2
设木板受到的摩擦力为f’，f’=f，对木板根据牛顿第二定律：F-f’=Ma2，
则F=f’+ma2，代入数值得出F=10N．
（3）设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2，撤去F后，木板与小物块组成的系统动量守恒，
当小物块与木板相对静止时，它们具有共同速度v，
根据动量守恒定律得：mv1+Mv2=（m+M）v
v=
m/s=
m/s
对小物块：根据动能定理：fs=
mv2-
mv12
对木板：根据动能定理：-f（s+l′）=
Mv2-
Mv22
代入数据：l′=
m
所以木板的长度至少为L=l+l′=
m≈1.7m
答：（1）小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小为2N，方向水平向右；（2）作用于木板的恒力F的大小为10N；（3）木板的长度至少是1.7m．
（2）设小物块的加速度为a1，木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2，此过程中小物块的位移为s1，木板的位移为s2则
由牛顿定律及运动规律可知：f=ma1 a1=2.0m/s2
s1=
| 1 |
| 2 |
s2=
| 1 |
| 2 |
s2-s1=l
带入数据解得：a2=4m/s2
设木板受到的摩擦力为f’，f’=f，对木板根据牛顿第二定律：F-f’=Ma2，
则F=f’+ma2，代入数值得出F=10N．
（3）设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2，撤去F后，木板与小物块组成的系统动量守恒，
当小物块与木板相对静止时，它们具有共同速度v，
|
根据动量守恒定律得：mv1+Mv2=（m+M）v
v=
| 1.0×2+2.0×4.0 |
| 1.0+2.0 |
| 10 |
| 3 |
对小物块：根据动能定理：fs=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
对木板：根据动能定理：-f（s+l′）=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
代入数据：l′=
| 2 |
| 3 |
所以木板的长度至少为L=l+l′=
| 5 |
| 3 |
答：（1）小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小为2N，方向水平向右；（2）作用于木板的恒力F的大小为10N；（3）木板的长度至少是1.7m．
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