题目内容
12.如图所示,一长木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小铁块,在木板右方有一档板,长木板右端距离挡板为4.5m,给小铁块与木板一共同初速度v0=5m/s二者将一起向右运动,直至木板与档板碰撞(碰撞时间极短).碰撞前后木板速度大小不变,方向相反.已知运动过程中小铁块始终未离开木板,已知长木板与地面的摩擦因数μ1=0.1,小铁块与木板间的动摩擦因数为μ2=0.4,小铁块的质量是m=1kg,木板质量是M=5kg,重力加速度大小g取10m/s2.求(1)木板与挡板碰前瞬间的速度
(2)木板与档板第一次碰撞后,木板的加速度a1和小铁块的加速度a2各为多大
(3)木板至少有多长.
分析 (1)把铁块和木板看成一个整体,根据牛顿第二定律列式求解整体加速度,再根据运动学基本公式求解即可;
(2)碰撞后木板向左匀减速运动,m向右匀减速运动运动,分别对铁块和木板,根据牛顿第二定律列式求解加速度;
(3)碰撞后木板向左匀减速运动运动,m向右匀减速运动运动,当二者速度相等时铁块位移木板右端即可,根据运动学基本公式结合位移关系求解.
解答 解:(1)设铁块和木板一起向右做匀减速运动的加速度为a,根据牛顿第二定律得:μ1(M+m)g=(M+m)a,
代入数据解得:a=1m/s2,
根据匀减速运动公式:v2-v02=2ax
得:v=4m/s;
(2)碰撞后木板向左匀减速运动,m向右匀减速运动运动,
对木板:μ1(M+m)g+μ2mg=Ma1,
代入数据解得:a1=2m/s2,
对小铁块:μ2mg=ma2,
代入数据解得:a2=4m/s2,
(3)碰撞后木板向左匀减速运动运动,m向右匀减速运动运动,当二者速度相等时铁块位于木板右端即可,设经过t二者速度相等,
则有:v-a1t=-v+a2t
代入数据解得:t=$\frac{4}{3}$s
M向左的位移为:x1=vt-$\frac{1}{2}$a1t2
解得:x1=$\frac{32}{9}$m
m向右的位移为:x2=vt-$\frac{1}{2}$a2t2=
解得:x2=$\frac{16}{9}$m
因此木板的长度为:L=x1+x2=$\frac{32}{9}$+$\frac{16}{9}$=$\frac{16}{3}$m
答:(1)木板与挡板碰前瞬间的速度为4m/s;
(2)木板与档板第一次碰撞后,木板的加速度a1大小为2m/s2,小铁块的加速度a2大小为4m/s2;
(3)木板至少有$\frac{16}{3}$m.
点评 本题考查牛顿第二定律及运动学公式的应用,涉及两个物体多个过程,题目中问题较多,但只要认真分析,一步步进行解析,是完全可以求解的; 解题时要注意临界条件的分析,明确木板至少多长的含义是:物体与木板同速时恰好到达木板的右端.
| A. | B. | C. | D. |
| A. | 做曲线运动的物体的合力一定是变化的 | |
| B. | 两个互成角度的匀变速直线运动的合运动一定是直线运动 | |
| C. | 物体做曲线运动,其速度不一定改变 | |
| D. | 平抛运动的物体在相等的时间内速度变化相同 |
| A. | s不可能等于l | B. | s不可能大于l? | C. | s不可能小于l | D. | s一定等于l |
| A. | 5000马力 | B. | 8000马力 | C. | 10000马力 | D. | 20000马力 |