题目内容
(1)木块与小车共同运动的速度的大小;
(2)木块在小车上相对滑行的时间;
(3)设小车与光滑水平面足够长,若水平面右端也有一高度与左端一样的平台,且小车与两边平台碰撞过程中均没有能量损失,求从木块滑上小车开始到木块与小车第n共同运动的时间及木块在小车上滑行的路程.
分析:(1)根据运动过程中动量守恒即可求解;
(2)根据动量定理即可求解;
(3)分M与m的大小关系分两种情况进行讨论,根据动量守恒定律及动能定理求出滑动路程的通项,根据动量定理求出时间的通项,再结合数学知识即可求解.
(2)根据动量定理即可求解;
(3)分M与m的大小关系分两种情况进行讨论,根据动量守恒定律及动能定理求出滑动路程的通项,根据动量定理求出时间的通项,再结合数学知识即可求解.
解答:解:(1)根据运动过程中动量守恒得:
mv0=(M+m)v1
解得:v1=
v0=0.5m/s
(2)根据动量定理得:
μmgt=Mv1-0
t1=
=0.75s
(3)若M>m,从第一次木板以v1反弹开始,有
Mv1-mv1=(M+m)v2
Mv2-mv2=(M+m)v3…
Mvn-1-mvn-1=(M+m)vn
解得:
v2=
v1
v3=
v2
…
vn=
vn-1=(
)n-1
v0
根据动能定理得:
μmgx1=
mv02-
(M+m)v12
μmgx2=
mv12-
(M+m)v22
…
μmgxn=
mvn2-
(M+m)vn-12
解得:
x1=
v02
x2=
v12
x3=
v22=
(
)2v12
xn=
vn-12=
(
)2(n-2)v12
x2,x3,x4,…xn是一个首项为
公比为(
)2 的等比数列,共有n-1项
Sn=x1+
(
)2(n-2)
=x1+
?
=
+
?
=
+
?(
)2
?
=
+
?[1-(
)2(n-1)]
在板上滑行的时间(不包含从共速至与平台碰撞的时间)
-μmgt2=Mv2-Mv1
-μmgt3=Mv3-Mv2…
-μmgtn=Mvn-Mvn-1
t2=
v1
t3=
v2=
?
v1
tn=
vn-1=tn=
?(
)n-2v1
t2,t3,t4,…tn是一个首项为
v1 公比为 (
) 的等比数列,共有n-1项
tn=t1+
v1
(
)n-2=t1+
v1?
=
+
v1?
=
+
?
v0?
=
?[2-(
)(n-1)]
同理可得:若M<m,
x2,x3,x4,…xn是一个首项为
公比为(
)2 的等比数列,
共有n-1项
Sn=x1+
(
)2(n-2)
=x1+
(
)2(n-2)
=
+
?
=
+
?(
)2
?
=
+
?[1-(
)2(n-1)]
在板上滑行的时间(不包含从共速至与平台碰撞的时间)
-μmgt2=mv2-mv1
-μmgt3=mv3-mv2
…
-μmgtn=mvn-mvn-1
t2=
v1
t2=
v2=
?
v1
所以tn=
vn-1=
?(
)n-2v1
t2,t3,t4,…tn是一个首项为
v1,公比为 (
) 的等比数列,共有n-1项
tn=t1+
v1
(
)n-2=t1+
v1?
=
+
v1?
=
+
?
v0?
=
+
?[1-(
)(n-1)].
答:(1)木块与小车共同运动的速度的大小为0.5m/s;
(2)木块在小车上相对滑行的时间为0.75s;
(3)从木块滑上小车开始到木块与小车第n共同运动的时间为
?[2-(
)(n-1)]或
+
?[1-(
)(n-1)],木块在小车上滑行的路程为
+
?[1-(
)2(n-1)]或
+
?[1-(
)2(n-1)].
mv0=(M+m)v1
解得:v1=
| m |
| M+m |
(2)根据动量定理得:
μmgt=Mv1-0
t1=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
(3)若M>m,从第一次木板以v1反弹开始,有
Mv1-mv1=(M+m)v2
Mv2-mv2=(M+m)v3…
Mvn-1-mvn-1=(M+m)vn
解得:
v2=
| M-m |
| M+m |
v3=
| M-m |
| M+m |
…
vn=
| M-m |
| M+m |
| M-m |
| M+m |
| m |
| M+m |
根据动能定理得:
μmgx1=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
μmgx2=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
…
μmgxn=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得:
x1=
| M |
| 2μg(M+m) |
x2=
| 2M |
| μg(M+m) |
x3=
| 2M |
| μg(M+m) |
| 2M |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
xn=
| 2M |
| μg(M+m) |
| 2M |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
x2,x3,x4,…xn是一个首项为
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
公比为(
| M-m |
| M+m |
Sn=x1+
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
| n |
| n=2 |
| M-m |
| M+m |
=x1+
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
1-(
| ||
1-(
|
=
| M |
| 2μg(M+m) |
| v | 2 0 |
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
1-(
| ||
1-(
|
=
| M |
| 2μg(M+m) |
| v | 2 0 |
| 2M |
| μg(M+m) |
| m |
| M+m |
| v | 2 0 |
1-(
| ||
1-(
|
=
M
| ||
| 2μg(M+m) |
m
| ||
| 2μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
在板上滑行的时间(不包含从共速至与平台碰撞的时间)
-μmgt2=Mv2-Mv1
-μmgt3=Mv3-Mv2…
-μmgtn=Mvn-Mvn-1
t2=
| 2M |
| μg(M+m) |
t3=
| 2M |
| μg(M+m) |
| 2M |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
tn=
| 2M |
| μg(M+m) |
| 2M |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
t2,t3,t4,…tn是一个首项为
| 2M |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
tn=t1+
| 2M |
| μg(M+m) |
| n |
| n=2 |
| M-m |
| M+m |
| 2M |
| μg(M+m) |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| 2M |
| μg(M+m) |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| 2M |
| μg(M+m) |
| m |
| M+m |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
同理可得:若M<m,
x2,x3,x4,…xn是一个首项为
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
公比为(
| m-M |
| m+M |
共有n-1项
Sn=x1+
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
| n |
| n=2 |
| m-M |
| m+M |
=x1+
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
| n |
| n=2 |
| m-M |
| m+M |
=
| M |
| 2μg(M+m) |
| v | 2 0 |
| 2M |
| μg(M+m) |
| v | 2 1 |
1-(
| ||
1-(
|
=
| M |
| 2μg(M+m) |
| v | 2 0 |
| 2M |
| μg(M+m) |
| m |
| M+m |
| v | 2 0 |
1-(
| ||
1-(
|
=
M
| ||
| 2μg(M+m) |
m
| ||
| 2μg(M+m) |
| m-M |
| m+M |
在板上滑行的时间(不包含从共速至与平台碰撞的时间)
-μmgt2=mv2-mv1
-μmgt3=mv3-mv2
…
-μmgtn=mvn-mvn-1
t2=
| 2m |
| μg(m+M) |
t2=
| 2m |
| μg(m+M) |
| 2m |
| μg(m+M) |
| m-M |
| m+M |
所以tn=
| 2m |
| μg(m+M) |
| 2m |
| μg(m+M) |
| m-M |
| m+M |
t2,t3,t4,…tn是一个首项为
| 2m |
| μg(m+M) |
| m-M |
| m+M |
tn=t1+
| 2m |
| μg(m+M) |
| n |
| n=2 |
| m-M |
| m+M |
| 2m |
| μg(m+M) |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| 2m |
| μg(m+M) |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| 2m |
| μg(m+M) |
| m |
| M+m |
1-(
| ||
1-(
|
=
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| m2v0 |
| μgM(m+M) |
| m-M |
| m+M |
答:(1)木块与小车共同运动的速度的大小为0.5m/s;
(2)木块在小车上相对滑行的时间为0.75s;
(3)从木块滑上小车开始到木块与小车第n共同运动的时间为
| Mv0 |
| μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
| Mv0 |
| (M+m)μg |
| m2v0 |
| μgM(m+M) |
| m-M |
| m+M |
M
| ||
| 2μg(M+m) |
m
| ||
| 2μg(M+m) |
| M-m |
| M+m |
M
| ||
| 2μg(M+m) |
m
| ||
| 2μg(M+m) |
| m-M |
| m+M |
点评:本题主要考查了动量守恒定律,动量定理,动能定理的应用,第三问要先求出通项,再结合数学知识求解,难度很大,要求较高.
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