4.如图所示,一块足够长的木板,放在光滑水平面上,在木板上自左向右并非放有序号是1,2,3,…,n的物体,所有物块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同,开始时,木板静止不动,第1,2,3,…n号物块的初速度分别是v,2 v,3 v,…nv,方向都向右,木板的质量与所有物块的总质量相等 ,最终所有物块与木板以共同速度匀速运动。设物块之间均无相互碰撞,木板足够长。试求:

(1)所有物块与木板一起匀速运动的速度v

(2)第1号物块与木板刚好相对静止时的速度v

(3)通过分析与计算说明第k号(k<n=物块的最小速度v

 

分析:(多个物体组成的系统,应恰当选择小系统利用动量守恒定律求解)

在木板上各个物块相对木板运动,都给木板一个向右的磨擦力,因各个物块质量相同,滑动磨擦力都一样,木板在磨擦力的作用下向右加速。由于每个物块的初始速度不同,因而相对木板静止的物块顺序依次是1,2,…,n号,当第一号物块由v到相对木板静止时,其动量变化设为△p,则其他各个所有物块在这段时间内的动量变化也都为△p(f相同,T相同),因木板与所有物块总动量守恒,故可用动量守恒关系求出第1号物块相对木板静止时的速度。

解析:(1)设所有物块都相对木板静止时的速度为 v,因木板与所有物块系统水平方向不受外力,动量守恒,应有:

m v+m·2 v+m·3 v+…+m·n v=(M + nm)v    1

        M = nm,                2

解得:      v=(n+1)v

   (2)设第1号物块相对木板静止时的速度为v,取木板与物块1为系统一部分,第2 号物块到第n号物块为系统另一部分,则

    木板和物块1   △p =(M + m)v-m v

    2至n号物块   △p=(n-1)m·(v- v)

由动量守恒定律: △p=△p

解得       v= v,           3

(3)设第k号物块相对木板静止时的速度由v ,则第k号物块速度由k v减为v的过程中,序数在第k号物块后面的所有物块动量都减小m(k v- v),取木板与序号为1至K号以前的各物块为一部分,则 

△p=(M+km)v-(m v+m·2 v+…+mk v)=(n+k)m v-(k+1)m v

序号在第k以后的所有物块动量减少的总量为

    △p=(n-k)m(k v- v)

由动量守恒得  △p=△p, 即

(n+k)m v-(k+1)m v= (n-k)m(k v- v),

解得     v=

 0  135343  135351  135357  135361  135367  135369  135373  135379  135381  135387  135393  135397  135399  135403  135409  135411  135417  135421  135423  135427  135429  135433  135435  135437  135438  135439  135441  135442  135443  135445  135447  135451  135453  135457  135459  135463  135469  135471  135477  135481  135483  135487  135493  135499  135501  135507  135511  135513  135519  135523  135529  135537  447348 

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