题目内容

20.如图所示,一质量为M=2.0kg的长木板在光滑水平地面上以速度v0=3m/s向右匀速运动,某时刻将一质量m=1.0kg可看作质点的小物块轻放在木板的右端,小物块在长木板的带动下向右运动,最后恰好没从长木板上滑出,若小物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小物块在加速过程中受到摩擦力f的大小和方向;
(2)长木块的长度.

分析 (1)小物块在加速过程中受到的是滑动摩擦力,根据公式f=μN求摩擦力f的大小.滑动摩擦力方向与相对运动方向相反.
(2)根据牛顿第二定律求出小物块和长木板的加速度.小物块恰好没从长木板上滑出,两者速度相等,由此根据速度公式列式求小物块在长木板上运动的时间,再由位移公式求长木块的长度.

解答 解:(1)小物块在加速过程中受到摩擦力的大小为
   f=μN1=μmg=0.2×1×10N=2N,方向水平向右.
(2)设小物块的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得:
   f=ma1.
解得 a1=μg=2m/s2.
设长木板的加速度大小为a2,由牛顿第二定律得:
  f=Ma2.
解得 a2=1m/s2.
设二者共速时所用时间为t,共同速度为v,由运动学公式可得:
   v=v0-a2t=a1t
则得 t=$\frac{{v}_{0}}{{a}_{1}+{a}_{2}}$=$\frac{3}{2+1}$s=1s,v=2m/s
由二者的位移关系可得:
长木板的长度 L=$\frac{{v}_{0}+v}{2}t$-$\frac{v}{2}t$=$\frac{{v}_{0}}{2}t$=$\frac{3}{2}×1$m=1.5m.
答:
(1)小物块在加速过程中受到摩擦力f的大小是2N,方向水平向右;
(2)长木块的长度是1.5m.

点评 本题是木块在长木板上滑行的类型,采用隔离法研究各自的加速度,关键要抓住隐含的临界条件,如速度关系、位移关系.第2问也可以根据动量守恒定律和能量守恒定律结合求解.

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