题目内容

质量为M=2.5kg的一只长方体形状的铁箱在水平拉力F作用下沿水平面向右匀加速运动,铁箱与水平面间的动摩擦因数为μ1=0.50。这时铁箱内一个质量为m=0.5kg的木块恰好能静止在后壁上(如图所示),木块与铁箱内壁间的动摩擦因数为μ2=0.25。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2

求:(1)木块对铁箱的压力;

(2)水平拉力F的大小;

(3)使拉力F减小到120N,经过一段时间,木块落至箱底后且不反弹,某时刻当箱的速度为v=6m/s时撤去拉力,经1s时间木块从左侧到达右侧,则铁箱长度是多少?

(1)木块在竖直方向,由相对静止得  mg=Ff2FN   ∴FN=mg/μ2=5/0.25=20N

由牛顿第三定律得:木块对铁箱的压力FN/=-FN=-20N ,方向水平向左。----------------①

  (2)对木块:在水平方向:FN=ma  ∴a=20/0.5=40m/s2

       对铁箱和木块整体:F-μ1(M+m)g =(M+m)a

        故水平拉力F=(M+m)(a+μ1g)=135N---------------②

(3)当F=120N时,铁箱与木块水平方向仍然一起加速,所以撤去拉力F时,箱和木块的速度均为v=6m/s, --------------③

因μ12, 以后木块相对箱滑动,木块加速度a22g=2.5m/s2--------------------④

又铁箱加速度:-----------------⑤

铁箱减速时间为t0=v/a1=1.1s>1s,故木块到达箱右端时,箱未能停止。-------------⑥

则经t=1s木块比铁箱向右多移动距离L即铁箱长。

 即有:L=(vt-a2t2/2)-(vt-a1t2/2) =(a1-a­2)t2/2  ---------------------- ⑦  

    解得:L=1.5m----------------------⑧

评分标准:(①②式2分,③④⑤⑥⑦⑧各1分)

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