题目内容
如图所示,一平板小车静止在光滑水平面上,质量均为m的物体A、B分别以2v0和v0的初速度,沿同一直线同时同向水平滑上小车,刚开始滑上小车的瞬间,A位于小车的最左边,B位于距小车左边l处.设两物体与小车间的动摩擦因数均为μ,小车的质量也为m,最终物体A、B都停在小车上.求:
(l)最终小车的速度大小是多少?方向怎样?
(2)若要使物体A、B在小车上不相碰,刚开始时A、B间的距离l至少多长?
解:(1)设小车最终的速度是v,由动量守恒可得:
m·2v0+ m·v0=3 m·v ① (2分)
由①式解得:v=v0 方向水平向右 ②(2分)
(2)A、B同时滑上小车后,它们均做匀减速直线运动.当B减速到与小车的速度相同时,B与小车相对静止,此后A继续做匀减速直线运动,B与小车做匀加速直线运动,直至它们达到相同的速度v0,设刚开始时A、B间的距离l.
由答图可知:B与小车相对静止时的共同速度是vB1,此时A的速度是vA1,由运动学知识和动量守恒可得:
m·2v0+ m·v0=2 m·vB1+ m·vA1 ③(2分)
在B停止运动前,A、B所受的滑动摩擦力fA= fB,它们的加速度aA1= aB1,此时小车所受的力:F=-2fA ④
小车的加速度:a= -2 aA1= -2 aB1 ⑤ (2分)
由答图可知: ⑥(2分)
⑦ (2分)
由⑥⑦式解得:
⑧
t1= ⑨
由图可知: ⑩(2分)
由⑧⑨式解得:
当B与小车相对静止,此后A在小车上相对小车移动的距离是lx,由能量守恒定律可知:
=μmglx (2分)
由以上式子解得:lx=
在t1前,A、B移动的位移分别是sA1、sB1,由图可知:
s= sA1-sB1=(2v0-v0)·t1 (1分)
由⑨式解得:s=
所以:l= s + lx (1分)
由上式解得:l= (1分)