题目内容

【题目】在光滑的水平面上,有一质量M=2kg的平板车,其右端固定一挡板,挡板上固定一根轻质弹簧,在平板车左端P处有一可以视为质点的小滑块,其质量m=2kg。平板车表面上Q处的左侧粗糙,右侧光滑,且PQ间的距离L=2m,如图所示。某时刻平板车以速度v1=1m/s向左滑行,同时小滑块以速度v2=5m/s向右滑行。一段时间后,小滑块与平板车达到相对静止,此时小滑块与Q点相距。(g取10m/s2)

(1)求当二者处于相对静止时的速度大小和方向;

(2)求小滑块与平板车的粗糙面之间的动摩擦因数。

【答案】(1);方向沿水平方向向右;(2)(ⅰ);(ⅱ)

【解析】

根据“在光滑的水平面上”、“小滑块与平板车达到相对静止,此时小滑块与Q点相距”可知,本题考查动量守恒定律和能量守恒定律,根据系统动量守恒和能量守恒,分别列方程求解即可。注意小滑块最终与Q点相距可能有越过Q点,和没有越过Q点两种情况。

(1)由于小滑块与平板车组成的整个系统动量守恒,设共同速度为v,取向右为正方向,故

①

得到v=2m/s 方向沿水平方向向右

(2)本题有两种可能:

(ⅰ)如果小滑块尚未越过Q点就与平板车达到相对静止,则根据能量守恒定律有

②

联立①②解得

(ⅱ)如果小滑块越过Q点与弹簧相互作用后,再返回与平板车达到相对静止,有

③

联立①③解得

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