题目内容

12.如图所示,光滑地面上,有一质量为M=10Kg的木箱停在水平路面上,木箱M高h=1.25m,一质量m=5kg的小物块置于M的上表面,它距后端A点的距离为x0=2m,已知m与M之间的动摩擦因数为u1=0.3.现对木箱M施一水平向右的大小恒为F=70N的作用力,木箱开始运动,最后小物块m会离开M后落至水平地面,运动中小物块m可视为质点.求
(1)刚开始运动时,木箱M和小物块m的加速度
(2)小物块m离开木箱M时的速度
(3)小物块m从开始运动到落地时,木箱M运动的位移.

分析 以m为研究对象进行分析,m在车板上的水平方向只受一个摩擦力f的作用,所以m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求出运动到B点的速度、位移等,以小车为研究对象,根据牛顿第二定律求出平板车的加速度;根据运动学基本公式求出位移.

解答 解:(1)物体间的摩擦力f=μmg=15N,
根据牛顿第二定律:f=mam,F-f=MaM
解得:${a_m}=3m/{s^2}$,aM=5.5m/s2;
(2)由运动学公式:$\frac{1}{2}{a_M}{t^2}-\frac{1}{2}{a_m}{t^2}={x_0}$,
解得:t=$\sqrt{10}$s,
所以vm=amt=3$\sqrt{10}$m/s,vM=aMt=$\frac{11}{2}\sqrt{10}$m/s
(3)物块离开木箱后落地时间t',
$h=\frac{1}{2}gt{'^2}$,
解得:t'=0.5s,
离开物块后木箱的加速度aM',
则:F=MaM',
解得:${a_M}'=5.5m/{s^2}$,
木箱的位移${s_M}=\frac{1}{2}{a_M}{t^2}+{v_M}t'+\frac{1}{2}{a_M}'t{'^2}=12.7m$
答:(1)刚开始运动时,木箱M和小物块m的加速度分别为${a_m}=3m/{s^2}$,aM=5.5m/s2;
(2)小物块m离开木箱M时的速度$\frac{11}{2}\sqrt{10}$m/s;
(3)小物块m从开始运动到落地时,木箱M运动的位移12.7m

点评 该题涉及到相对运动的过程,要求同学们能根据受力情况正确分析运动情况,并能熟练运用运动学基本公式解题,难度较大.

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