题目内容

17.如图所示,一质量M=3.0kg的平板车B静止在光滑的水平地面上,在其右端放一质量m=1.0kg的小滑块A(可视为质点),已知A、B之间的动摩擦因数μ=0.50,现对B施以适当的瞬时冲量,使B向右运动,初速度大小为4.0m/s,最后A并没有滑离B板,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)A、B最后的共同速度v共;
(2)从B开始运动到A、B相对静止的过程,A的对地位移xA多大?
(3)为使A不滑离小车,小车长度L至少多大?

分析 (1)由题分析可知,木块与木板组成的系统所受的合外力为零,总动量守恒,由动量守恒定律求解两者相对静止时的速度;
(2)此过程中,A做匀加速直线运动,B做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律求出AB的加速度,再根据匀变速直线运动位移速度公式求出AB运动的位移,从而求出A的对地位移xA;
(3)当A刚好滑到小车最左端速度相当时,小车的长度最小,则最小长度等于B的位移减去A的位移.

解答 解:(1)小木块在木板上滑动直至相对静止的过程中系统动量守恒,设相对静止时共同速度为v共,以B的速度方向为正方向,则有:
 Mv0=(M+m)v共
解得:v共=$\frac{M{v}_{0}}{M+m}=\frac{3×4}{4}=3m/s$
(2)此过程中,A做匀加速直线运动,B做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得:
A的加速度${a}_{A}=\frac{μmg}{m}=5m/{s}^{2}$,B的加速度${a}_{A}=\frac{-μmg}{M}=-\frac{5}{3}m/{s}^{2}$,
则此过程中,A相对于地面运动的位移${x}_{A}=\frac{{{v}_{共}}^{2}}{2{a}_{A}}=\frac{9}{10}=0.9m$,
(3)B相对于地面运动的位移${x}_{B}=\frac{{{v}_{共}}^{2}-{{v}_{0}}^{2}}{2{a}_{B}}=2.1m$,
当A刚好滑到小车最左端速度相当时,小车的长度最小,则最小长度L=xB-x=2.1-0.9=1.2m
答:(1)A、B最后的共同速度v共为3m/s;
(2)从B开始运动到A、B相对静止的过程,A的对地位移xA为0.9m;
(3)为使A不滑离小车,小车长度L至少为1.2m.

点评 本题是木块在木板上滑动的类型,根据系统的动量守恒和牛顿第二定律及运动学基本公式结合求解,比较简便.涉及木板长度,也可以运用能量守恒研究.

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