题目内容

5.如图,一滑块通过长度不计的短绳栓在小车的壁板上,小车表面光滑.小车由静止开始向右匀加速运动,经过2s,细绳断裂.细绳断裂后,小车的加速度不变,又经过一段时间,滑块从小车左端掉下,在这段时间内,已知滑块相对小车前3s内滑行了4.5m,后3s内滑行了10.5m.求:
(1)小车的加速度是多少;
(2)小车底板长是多少;
(3)从小车开始运动到滑块离开车尾,滑块相对地面运动的距离是多少.

分析 (1、2)绳子断裂前,物块和小车一起做匀加速运动,绳子断裂后,小车以不变的加速度做匀加速运动,物块做匀速直线运动,根据滑块相对小车前3s内滑行了4.5m,求出绳子断裂时的速度,再根据后3s内滑行了10.5m,求出后3s内的初速度,从而确定滑块在小车上运动的总时间,分别求出小车和木块的位移,两者位移之差为小车的板长.
(3)滑块相对于地面做匀速直线运动,根据s滑=v1t总求出相对于地面移动的距离.

解答 解:(1)设小车加速度为a.断裂时,车和物块的速度为v1=at=2a.断裂后,小车的速度v=v1+at,小车的位移
${s}_{1}={v}_{1}t+\frac{1}{2}a{{t}_{1}}^{2}$,
滑块的位移为:s2=v1t
前3s,$△s={s}_{1}-{s}_{2}=\frac{1}{2}a{t}^{2}=4.5m$
解得:a=1m/s2,v1=2m/s
(2、3)设后3s初速度为v1′,则小车的位移${s}_{1}′={v}_{1}′t+\frac{1}{2}a{t}^{2}$,滑块的位移s2′=v1t
s1′-s2′=3v1′+4.5-3v1=10.5m,
解得v1′=4m/s
由此说明后3s实际上是从绳断后2s开始的,滑块与小车相对运动的总时间为t总=5s.
小车底板总长为:l=${s}_{车}-{s}_{滑}={v}_{1}{t}_{总}+\frac{1}{2}{v}_{1}{{t}_{总}}^{2}-{v}_{1}{t}_{总}=12.5m$,
滑块相对地位移为:s滑=$\frac{1}{2}a{{t}_{1}}^{2}$+v1t总=$\frac{1}{2}×1×4+2×5=12m$.
答:(1)小车的加速度是1m/s2;
(2)小车底板长是12.5m;
(3)从小车开始运动到滑块离开车尾,滑块相对地面运动的距离是12m.

点评 解决本题的关键知道绳子断裂后,小车以不变的加速度做匀加速运动,物块做匀速直线运动.再根据匀变速直线运动的公式进行求解.

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