题目内容

15.如图所示,把质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s抛到静止在水平地面的平板小车上.小车质量M=80kg,物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止.已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8,小车与地面间的摩擦可忽略不计,g取10m/s2,求:
(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小是多少?
(2)物体相对小车运动时,物体和小车相对地面的加速度各是多大?
(3)物体在小车上克服摩擦力做功产生多少热量?

分析 (1)系统动量守恒,由动量守恒定律可以求出小车的速度.
(2)由牛顿第二定律可以求出物体与小车的加速度.
(3)对系统,由能量守恒定律可以求出产生的热量.

解答 解:(1)物体与小车组成的系统动量守恒,
以物体的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+M)v,
代入数据解得:v=1m/s;
(2)由牛顿第二定律得:
对物体:μmg=ma1,解得:a1=8m/s2,
对小车:μmg=Ma2,解得:a2=2m/s2;
(3)对系统,由能量守恒定律得:
$\frac{1}{2}$mv02=$\frac{1}{2}$(m+M)v2+Q,
解得:Q=200J;
答:(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小是1m/s;
(2)物体相对小车运动时,物体和小车相对地面的加速度分别是:8m/s2、2m/s2;
(3)物体在小车上克服摩擦力做功产生了200J的热量.

点评 物体与小车组成的系统动量守恒、能量也守恒,应用动量守恒定律与能量守恒定律可以解题,分析清楚物体的运动过程是正确解题的前提与关键;应用牛顿第二定律即可求出加速度.

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