题目内容

如图所示,在水平地面上放置一块质量为M的长板B,在平板的上方某一高度处有一质量为m的物块P由静止开始落下。在平板上方附近存在“相互作用”区域(如图中虚线所示区域),当物块P进入该区域内,B便会对P产生一个竖直向上的恒力f作用,使得P恰好不与B的上表面接触,且f=kmg,其中k=11。在水平方向上P、B之间没有相互作用力。 已知平板与地面间的动摩擦因数,平板和物块的质量比M/m=10。在P开始下落时,平板B向左运动的速度v0=1.0m/s,P从开始下落到进入相互作用区域经历的时间t0=2.0s。设平板B足够长,保证物块P总能落到B板上方的相互作用区域内,忽略物块P受到空气阻力,取重力加速度g=10m/s2

求:

   (1)物块P从开始下落到再次回到初始位置所经历的时间。

   (2)从物块P开始下落到平板B的运动速度减小为零的这段时间内,P能回到初始位置的次数。

解:

(1)物块P进入相互作用区域时的速度为V1,则

 

物块P从进入相互作用区域到速度减小为零的过程中,受到重力和平板的相互作用,设物块在相到作用区域内的下落加速为a,根据牛顿第二定律:

设在相到作用区域内的下落时间为t,根据运动学公式

而物块从开始下落到回到初始位置的时间

(2)设在一个运动的周期T内,平板B的速度减小量为△v,根据动量定理有

 

解得 m/s

P回到初始位置的次数

N应取整数,即n=10。

注:若用牛顿第二定律解答,可以根据解答过程给分。

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