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AB分别以2v0v0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AB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AB在小车上不相碰,刚开始时AB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)AB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AB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)

B停止运动前,AB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: 

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=

t1前,AB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)

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