题目内容

4.【普通中学】如图所示,质量M=2kg足够长木板AB,在水平面上向右做直线运动,木板上表面光滑,下表面与地面间的动摩擦因数μ=0.1.某时刻木板的速度v0=9m/s时,在木板左端A施加一个水平向左的恒力F=5N,同时将一个质量m=2kg的小木块轻放在木板的右端B,经过一段时间,小木块从木板脱离.已知小木块可视为质点g=10m/s2.求:
(1)木板速度为零时,小物块距B端的距离;
(2)小木块从木板上脱离时,木板速度的大小.

分析 (1)木板上表面光滑,木板向右做匀减速运动时,小木块不动.根据牛顿第二定律求出木板的加速度,由速度时间公式求出木板速度为零时经历的时间,再求位移,从而得到物块距B端的距离.
(2)木板速度为零后向左做匀加速运动,由牛顿第二定律求出加速度,再由运动学公式求小木块从木板上脱离时,木板速度的大小.

解答 解:(1)对木板施加恒力F后,木板向右做匀减速直线运动,其加速度设为a1,由牛顿第二定律得:
F+μ(M+m)g=Ma1.
代入数据解得:a1=$\frac{9}{2}m/{s}^{2}$
设经过时间t1木板的速度为零,由速度公式可得:t1=$\frac{{v}_{0}}{{a}_{1}}$=$\frac{9}{\frac{9}{2}}$=2s
由位移公式可得,木板的位移为:x1=$\frac{{v}_{0}}{2}{t}_{1}$=$\frac{9}{2}×2$m=9m
由于木板上表面光滑,木板在运动过程中,小木块始终静止不动,则木板速度为零时,小物块距B端的距离为:x1=9m.
(2)此后木板向左做匀加速运动,小木块仍静止不动,设小木块经过t2时间从木板B端落下,木板的位移为 x1=9m.
设此过程中木板的加速度为a2,由牛顿第二定律得:
F-μ(M+m)g=Ma2.
代入数据解得:a2=$\frac{1}{2}m/{s}^{2}$
由速度位移关系公式可得木块从木板上脱离时,木板速度的大小为:
v=$\sqrt{2{a}_{2}{x}_{1}}$=$\sqrt{2×\frac{1}{2}×9}$=3m/s
答:(1)木板速度为零时,小物块距B端的距离为9m.
(2)木块从木板上脱离时,木板速度的大小是3m/s.

点评 解决本题的关键要搞清木板和木块的运动情况,要知道小木块不受摩擦力,始终处于静止状态,要注意木板对地的压力等于两个物体的总重力.

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