题目内容

7.某电视台娱乐节目在游乐园举行家庭搬运砖块比赛活动,比赛规则是:如图甲所示向滑动行驶的小车上搬放砖块,且每次只能将一块砖无初速度(相对地面)地放到车上,车停止时立即停止搬放,以车上砖块多少决定胜负.已知每块砖的质量m=0.8kg,小车的上表面光滑且足够长,比赛过程中木板始终受到恒定的拉力F=20N的作用,未放砖块时木板以v0=3m/s的速度匀速前进.获得冠军的家庭上场比赛时每隔T=0.8s搬放一块砖,从放上第一块砖开始计时,图中仅画出了0~0.8s内木板运动的v-t图象,如图乙所示,g取10m/s2.求:
(1)小车的质量及板与地面间的动摩擦因数.
(2)车停止时,车上有多少块砖?

分析 (1)开始木板做匀速直线运动,知拉力和木板的摩擦力相等,放上一物块后,木板做匀减速运动,合力等于增加的摩擦力,根据牛顿第二定律有μmg=Ma1,以及F=μMg求出木板的质量和动摩擦因数.
(2)每放上一块砖,摩擦力都要增大,小车的合力就是增大的摩擦力,求出加速度的通项式,根据v0-a1T-a2T-a3T-…-anT≤0求出所放砖的数目.

解答 解:(1)没有放砖时对车受力有F=μMg  ①
放上第一块砖时,板车减速,设加速度大小为a1,对车受力
N1=Mg+mg
${f}_{1}-F\\;=M\\;{a}_{1}$=Ma1
f1=μN1
解得Ma1=μmg…..②
由图${a}_{1}=\frac{△v}{△t}=0.25m/{s}^{2}$…③
由①②③解得μ=0.25
M=8kg
(2)放第二块砖后,受力分析有Ma2=2μmg
所以a2=2a1,在第二个0.8s内车速度变化为△v2=2△v1=2×0.2m/s=0.4m/s
同理,△v3=3△v1=3×0.2m/s=0.6m/s
△v4=4△v1=4×0.2m/s=0.8m/s
△vn=n△v1=n×0.2m/s=0.2nm/s
停下时有△v1+△v2+△v3+…+△vn=3
0.2×(1+2+3+…+n)=3得
$0.2×\frac{n(1+n)}{2}=3$
解得n=5    所以车停时有5块砖
答:(1)木板的质量为8kg及板与地面间的动摩擦因数为0.25.
(2)木板停止时,木板上放有5块砖.

点评 解决本题的关键知道小车所受的合力等于增加的摩擦力,会根据牛顿第二定律求出加速度的通项式.

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