题目内容
如图甲所示,用固定的电动机水平拉着质量m=2kg的小物块和质量M=1kg的平板以相同的速度一起向右匀速运动,物块位于平板左侧,可视为质点。在平板的右侧一定距离处有台阶阻挡,平板撞上后会立刻停止运动。电动机功率保持P=3W不变。从某时刻t=0起,测得物块的速度随时间的变化关系如图乙所示,t=6s后可视为匀速运动,t=10s时物块离开木板。重力加速度g=10m/s2,求:
(1)平板与地面间的动摩擦因数μ为多大?
(2)物块在1s末和3s末受到的摩擦力各为多大?
(3)平板长度L为多少?
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(1)由图可知,前2s内物块和平板一起做匀速运动,对整体分析,在水平方向上受到水平向右的拉力和地面给平板的滑动摩擦力,此二力的合力为零。
拉力大小为:
(2分)
滑动摩擦力大小为:
(1分)
由平衡条件可得:
(1分)
可得:
(2分)
(2)物块在1s末时与平板一起做匀速运动,合力为零。物块受到水平向右的拉力与水平向左的静摩擦力,因此静摩擦力大小为:
(3分)
物块在2s末之后与平板发生相对运动,之后物块与平板间的摩擦力为滑动摩擦力且大小保持不变。物块在6s后可视为匀速运动,此时物块受到的合力为零,即拉力与滑动摩擦力大小相等方向相反,即:
(3分)
物块在3s末时受到的滑动摩擦力大小与6s后受到的摩擦力大小相等,为10N。(2分)
(3)依题意,物块在2s末之后一直到10s时,物块从平板的一端运动到另一端,对物块由动能定理得:
(4分)
代入解得:
(2分)