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?

                


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    


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