题目内容
一长木板在水平面上运动,t=0时刻,木板速度v0=5m/s,此时将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,经过t1=0.5s达到相同速度。已知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的动摩擦因数为μ1=0.20,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上,取重力加速度的大小g=10m/s2,求:
(1)当物块和木板刚好达到共同速度时,木板的速度;
(2)木板与地面间的动摩擦因数
(3)当物块和木板都停止时,物块相对于木板的位移的大小
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(1)木板与物块之间的摩擦力使物块加速,使木板减速,此过程一直持续到物块和木板具有共同速度v1为止,历时t=0.5s。
对木块:由牛顿运动定律得:μ1mg=ma1 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(3分)
由匀变速度运动规律得:v1=a1t ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(2分)
解得:v1=1m/s ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
(2)t=0到t=t1时间间隔内,木板的加速度为a2,
对木板:由匀变速度运动规律得:a2=(v0- v1)/t1┅┅┅┅┅┅┅┅(2分)
由牛顿运动定律得:(μ1+2μ2)mg=ma2 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅(2分)
解得:μ2=0.30 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
(3)在t1时刻后,地面对木板的摩擦力阻碍木板运动。若物块与木板以共同速度运动,其加速度为a,由牛顿运动定律得:2μ2mg=2ma,解得a=3m/s2
因μ1mg小于ma,所以物块和木板不能共速运动,物块受摩擦力方向将变化┅┅┅(2分)
设物块和木板的加速度大小分别为a1’和a2’,
则由牛顿第二定律,对物块:μ1mg=m a1’ ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
对木板:2μ2mg-f=ma2’ ┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
由运动学公式可推知,物块和木板相对于地面的运动距离分别为:
s1=
┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
s2=
t1+
┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)
物块相对于木板位移的大小为s= s2- s1
s=1.125m┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1分)