题目内容

如图1所示,物体A放在足够长的木板B上,木板B静止于水平面.已知A的质量mA和B的质量mB均为2.0kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.2,B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g取10m/s2.若t=0开始,木板B受F1=16N的水平恒力作用,t=1s时F1改为F2=4N,方向不变,t=3s时撤去F2.
(1)木板B受F1=16N的水平恒力作用时,A、B的加速度aA、aB各为多少?
(2)从t=0开始,到A、B都静止,A在B上相对B滑行的时间为多少?
(3)请以纵坐标表示A受到B的摩擦力fA,横坐标表示运动时间t(从t=0开始,到A、B都静止),取运动方向为正方向,在图2中画出fA-t的关系图线(以图线评分,不必写出分析和计算过程).
分析:(1)隔离对A、B分析,根据牛顿第二定律求出A、B的加速度.
(2)从t=0时,AB物体运动分为两个过程,先以不同的加速度做匀加速运动,后以不同的加速度做匀减速运动,达到共同速度后一起做匀速直线运动,利用牛顿第二定律可求出加速度,利用匀变速直线运动规律即可求时间.
(3)从t=0到t=1s再到到达共同速度,AB之间均是滑动摩擦力,之后为零,当撤去力后,一起匀减速运动,整体求出加速度,在以A利用牛顿第二定律即可求出AB之间的摩擦力大小
解答:解:(1)根据牛顿第二定律得
对A:μ1mAg=mAaA
解得:aA=μ1g=0.2×10m/s2=2 m/s2
对B:F1-μ2(mA+mB) g-μ1mAg=mBaB
代入数据得
aB=4 m/s2
(2)t1=1s时,A、B分别为vA、vB
vA=aA t1=2×1 m/s=2 m/s
vB=aB t1=4×1 m/s=4 m/s
F1改为F2=4N后,在B速度大于A速度的过程,A的加速度不变,B的加速度设为aB′,根据牛顿第二定律得
F2-μ2(mA+mB) g-μ1mAg=maB′
代入数据得aB′=-2m/s2
设经过时间t2,A、B速度相等,由于AB之间的最大静摩擦力fm=μ1mAg=0.2×2.0×10N=4N
假如AB相对静止,整体分析合外力为:
F合=F2-μ2(mA+mB)g=0N<fm此后它们保持相对静止.
vA+aA t2=vB+aB′t2
代入数据得t2=0.5s
A在B上相对B滑行的时间为t=t1+t2=1.5s
(3)

答:(1)木板B受F1=16N的水平恒力作用时,A、B的加速度aA、aB分别为2 m/s2、4 m/s2
(2)从t=0开始,到A、B都静止,A在B上相对B滑行的时间为1.5s
(3)
点评:解决本题的关键理清木板和木块的运动情况,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.
练习册系列答案
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②为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是
入射角i
入射角i
,
折射角r
折射角r
,在图上标出它们.
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sini
sinγ
sini
sinγ

(2)光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图2A所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.
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①读出滑块的宽度d=
5.50
5.50
cm.
②滑块通过光电门1的速度v1=
2.75
2.75
m/s;滑动通过光电门2的速度v2=
1.10
1.10
m/s;
③若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L,已知当地的重力加速为g,则滑块与木板动摩擦因数表达式为
v
2
1
-
v
2
2
2gL
v
2
1
-
v
2
2
2gL
(各量均用字母表示).

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