题目内容

10.如图所示,一电动遥控小车停在水平地面上,小车质量M=3kg,质量m=1kg的小物块(可视为质点)静止于车板上某处A,物块与车板间的动摩擦因数μ=0.1,现使小车由静止开始向右行驶,当运动时间t1=1.6s时物块从车板上滑落,已知小车的速度v随时间t变化规律如图乙所示,小车受到地面的摩擦阻力是小车对地面压力的$\frac{1}{10}$,不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)物块离开小车时,物块的速度大小;
(2)0:1.6s时间内小车的牵引力做的功W.

分析 (1)物块滑落前做匀加速运动,由牛顿第二定律可求得加速度,结合运动时间求出物块离开小车时的速度大小.
(2)由v-t图象的斜率可求出小车在0-1s内的加速度,由牛顿第二定律求出牵引力的大小.根据“面积”求出小车的位移,再由功的公式求解.

解答 解:(1)物块滑落前受到的滑动摩擦力大小为 f=μmg
做匀加速运动的加速度为 a=$\frac{f}{m}$=μg=1m/s2.
当运动时间t1=1.6s时物块的速度为 v1=at1=1.6m/s
(2)0-1s时间内,由题图乙得小车的加速度大小为
  a′=$\frac{2}{1}$=2m/s2.
根据牛顿第二定律得:
    F1-f-k(M+m)g=Ma′
其中 k=$\frac{1}{10}$
解得 F1=11N
小车的位移 s1=$\frac{1}{2}×2×1$m=1m
在1-1.6s时间内,牵引力 F2=k(M+m)g+f=5N
由题图乙得小车的位移大小 s2=2×0.6m=1.2m
所以0~1.6s时间内小车的牵引力做的功 W=F1s1+F2s2
代入数据解得 W=17J   
答:
(1)物块离开小车时,物块的速度大小是1.6m/s;
(2)0~1.6s时间内小车的牵引力做的功W是17J.

点评 解决本题的关键要理清小车和滑块的运动情况,采用隔离法研究加速度和速度等物理量,解答时要抓住速度图象的两个物理意义:斜率等于加速度,“面积”表示位移.

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