题目内容
(12分)如右图所示,P为位于某一高度处的质量为m的物块,B为位于水平地面上的质量为M的特殊长平板,
,平板与地面间的动摩擦因数为μ=2.00×10-2. 在板的上表面上方,存在一定厚度的“相互作用区域”,如图中划虚线的部分,当物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力f作用于P,f=kmg,k=51,f对P的作用使P刚好不与B的上表面接触;在水平方向P、B之间没有相互作用力. 已知物块P开始自由落下的时刻,板B向右的速度为V0=10.0m/s. P从开始下落到刚到达相互作用区所经历的时间为T0=2.00s. 设B板足够长,保证物块P总能落入B板上方的相互作用区,取重力加速度g=9.80m/s2.
求:( 1 ) “相互作用区域”的厚度是多少?
(2)当B从开始到停止运动那一时刻,P已经回到过初始位置几次?
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(1)0.4m (2)11
解析:
解(1)解: 物块P刚进入相互作用区的速度
=20 m/s
物块P一旦进入相互作用区,便受到板的向上作用力,因而做减速运动. 设在相互作用区内物块P做减速运动的加速度为a,则由题给条件可知
=500 m/s2
设“相互作用区域”的厚度为d
d =0.4m
(2)根据题意,在物块P从开始下落至刚进入相互作用区的时间T0内,板在摩擦力作用下的加速度
=0.2 m/s2
板速度的减少量
= 0.4 m/s
经历时间T,物块刚要到达B板上表面,则有
T= 0.04s
在T时间内,B板受到的摩擦力为
,在摩擦力作用下的B板加速使
=1.22 m/s2
在这段时间内,B板速度的减少量
=0.0488 m/s
当物块P的速度减到零后,又开始以加速度为a向上做加速运动,经历时间T,跑出相互作用区,在这段时间内,B板减少的速度仍是
;物块P离开相互作用区后,做加速度为g的减速运动,经历时间T0,回到初始位置, 在这段时间内,B板减少的速度为
,以后物块P又从起始位置自由落下,重复以前的运动,B板的速度再次不断减少. 总结以上分析可知:每当物块P完成一次从起始位置自由下落,进入相互作用区后又离开相互作用区,最后回到起始位置的运动过程中,B板速度减少的总量为
=0.8976m/s
设在物块P第n次回到起始位置时刻,B板的速度为Vn,则有
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n越大,Vn越小。设当n=n0时,
已十分小,致使在物块P由n=n0到n=n0+1的过程中的某一时刻,B板的速度已减至零,若仍用⑩式,这表示当n=n0时
>0
当n=n0+1时
+1<0
代入有关数据,得
n0<11.14
n0>10.14
因为n0为整数,故有
n0=11
即当B开始停止运动的那一时刻,P已经回到过初始位置11次。