题目内容
如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为30°、长L=2m的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ=(1)未施加拉力F时物块B、C间的距离;
(2)t时间内A上滑的距离及库仑力做的功;
(3)拉力F对A物块做的总功.
【答案】分析:(1)以A、B为研究对象,对AB进行受力分析,根据力的平衡和库仑力的公式,可以求出L的大小;
(2)A、B两者间弹力减小到零时,两者分离.则t时刻C对B的库仑斥力为根据库仑力的公式与难度第二定律可以求解;
(3)力F对A物块做的功为,由动能定理求出该功;经过时间t后,A、B分离,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律求出力,最后根据动能定律求出拉力对A做的功.
解答:解:(1)A、B、C处于静止状态时,设B、C间距离为L1,则C对B的库仑斥力:
以A、B为研究对象,根据力的平衡 F=(mA+mB)gsin30°
联立解得 L1=1.0m
(2)给A施加力F后,A、B沿斜面向上做匀加速直线运动,C对B的库仑斥力逐渐减小,A、B之间的弹力也逐渐减小.经过时间t,B、C间距离设为L2,A、B两者间弹力减小到零,此后两者分离,力F变为恒力.则t时刻C对B的库仑斥力为:
①
以B为研究对象,由牛顿第二定律有:F-mBgsin30°-μmBgcos30°=mBa ②
联立①②解得 L2=1.2m
则t时间内A上滑的距离△L=L2+L1=0.2m
设t时间内库仑力做的功为W,由功能关系有

代入数据解得 W=1.2J ③
(3)设在t时间内,末速度为v1,力F对A物块做的功为W1,由动能定理有
④
而 Wf=-μ(mA+mB)g?△Lcos30°,WG=-(mA+mB)g△Lsin30°⑤
⑥
由③~⑦式解得 W1=1.05J ⑦
经过时间t后,A、B分离,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律有
F-mAgsin30°-μmAgcos30°=mAa ⑧
力F对A物块做的功 W2=F?(L-L2) ⑨
由⑧⑨式代入数据得 W2=5 J
则力F对A物块做的功:W=W1+W2=6.05J
答:(1)未施加拉力F时物块B、C间的距离1.0m;
(2)t时间内A上滑的距离及库仑力做的功1.2J;
(3)拉力F对A物块做的总功是6.05J.
点评:本题关键是明确物体的运动规律,然后结合平衡条件、牛顿第二定律、功能关系、运动学公式列式后联立求解,较难.
(2)A、B两者间弹力减小到零时,两者分离.则t时刻C对B的库仑斥力为根据库仑力的公式与难度第二定律可以求解;
(3)力F对A物块做的功为,由动能定理求出该功;经过时间t后,A、B分离,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律求出力,最后根据动能定律求出拉力对A做的功.
解答:解:(1)A、B、C处于静止状态时,设B、C间距离为L1,则C对B的库仑斥力:
以A、B为研究对象,根据力的平衡 F=(mA+mB)gsin30°
联立解得 L1=1.0m
(2)给A施加力F后,A、B沿斜面向上做匀加速直线运动,C对B的库仑斥力逐渐减小,A、B之间的弹力也逐渐减小.经过时间t,B、C间距离设为L2,A、B两者间弹力减小到零,此后两者分离,力F变为恒力.则t时刻C对B的库仑斥力为:
以B为研究对象,由牛顿第二定律有:F-mBgsin30°-μmBgcos30°=mBa ②
联立①②解得 L2=1.2m
则t时间内A上滑的距离△L=L2+L1=0.2m
设t时间内库仑力做的功为W,由功能关系有
代入数据解得 W=1.2J ③
(3)设在t时间内,末速度为v1,力F对A物块做的功为W1,由动能定理有
而 Wf=-μ(mA+mB)g?△Lcos30°,WG=-(mA+mB)g△Lsin30°⑤
由③~⑦式解得 W1=1.05J ⑦
经过时间t后,A、B分离,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律有
F-mAgsin30°-μmAgcos30°=mAa ⑧
力F对A物块做的功 W2=F?(L-L2) ⑨
由⑧⑨式代入数据得 W2=5 J
则力F对A物块做的功:W=W1+W2=6.05J
答:(1)未施加拉力F时物块B、C间的距离1.0m;
(2)t时间内A上滑的距离及库仑力做的功1.2J;
(3)拉力F对A物块做的总功是6.05J.
点评:本题关键是明确物体的运动规律,然后结合平衡条件、牛顿第二定律、功能关系、运动学公式列式后联立求解,较难.
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