题目内容

18.如图所示,一长木板静止在水平面上,木板和水平面间的动摩擦因数?1=0.1.在水平面上与木板右端相距d=4.5m处固定一挡板.一小金属块,以v0=18.75m/s的初速度从木板的左端滑上木板,沿木板表面向右运动,金属块与木板表面的动摩擦因数为?2=0.5.已知长木板的质量是金属块的质量的两倍,如果木板和右侧的挡板发生碰撞,碰后瞬间木板的速度大小不变,小金属块最终停在木板的右端.g=10m/s2.求:
(1)整个运动过程中木板的位移大小?
(2)木板的长度?

分析 (1)由牛顿第二定律求出木板与金属块的加速度,然后应用匀变速直线运动的运动规律求出木板的位移.
(2)应用匀变速直线运动的速度位移公式,然后求出木板的长度.

解答 解:(1)木板向右的加速度大小为a1,金属块的加速度大小为a2.由牛顿第二定律:
?2mg-?1(m+M)g=Ma1,?2mg=ma2,
解得:a1=1m/s2,a2=5m/s2
木板和挡板碰撞前瞬间,木板的速度:v1=$\sqrt{2{a}_{1}d}$=3m/s,
时间:t1=$\frac{{v}_{1}}{{a}_{1}}$=3s,
木板与挡板碰后瞬间速度大小不变,加速度为大小a1′,由牛顿第二定律得:
?2mg+?1(m+M)g=Ma1′,
解得:a1′=4m/s2
木板反弹后向左运动的位移:x=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2{a}_{1}′}$=1.13m,
木板的位移:x1=d-x=3.37m;
(2)金属块的位移:x2=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2{a}_{2}}$=$\frac{18.7{5}^{2}}{2×5}$=35.16m,
木板的长度:l=x2-x1=31.79m;
答:(1)整个运动过程中木板的位移大小为3.37m;
(2)木板的长度为31.79m.

点评 本题是一道力学综合题,分析清楚物体的运动过程是解题的关键,应用牛顿第二定律与运动学公式可以解题.

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