题目内容
质量为M=10kg的B板上表面上方,存在一定厚度的P与B的相互作用区域,如图中划虚线的部分,当质量为m=1kg的物块P进入相互作用区时,B板便有竖直向上的恒力f= kmg(k=51)作用于物块P,使其刚好不与B板的上表面接触;在水平方向,物块P与B板间没有相互作用力。已知物块P开始自由下落的时刻,B板向右运动的速度为vBo=10m/s。物块P从开始下落到刚到达相互作用区所经历的时间为t0=2.0s。设B板足够长,B板与水平面间的动摩擦因数μ=0.02,设物块P总能落入B板上方的相互作用区。(取g=10m/s2)问:
(1)物块P从起始位置下落到刚好与B板不接触的时间t;
(2)板B在上述时间t内速度的改变量;
(3)当B板刚好停止运动时,物块P已经回到过初始位置几次?
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解析:(1)物块P先做自由落体运动,刚到达相互作用区时的速度
v0=gt0 ①
物块P进入相互作用区域后做匀减速运动。加速度为
a1= (kmg-mg)/m=(k-1)g ②
物块P在相互作用区内的运动时间t1
t1=v0/a1=0.04s ③
物块P从起始位置下落到刚好与B不接触时的运动时间
t=t0+t1=2.04s ④
(2)板B在时间t0内做匀减速运动,加速度
aB1=μg ⑤
速度的改变量Δvb1 = aB1t0 =0.4m/s ⑥
板B在时间t1内做匀减速运动,加速度
aB2 =μ(Mg+kmg)/M ⑦
由③⑦得速度的改变量
Δvb2 = aB2t1=0.0488m/s ⑧
所以板B在物块P从起始位置下落到刚好与B不接触时
由⑥⑧得:速度的改变量
Δv1=Δv b1+Δv b2 =0.4488m/s ⑨
(3)当物块P的速度减到零后,开始返回出发点,返回过程与下降过程对称, 故物块P来回一次过程中,B板速度减少的总量为
Δv=2Δv1=2(Δv b1+Δv b2)=0.8976m/s ⑩
设在物块P第n次回到起始位置,
n=vBo/Δv=10/0.8978=11.14≈11次