题目内容

5.如图所示,一长为L的木板A放置在水平地面上,木板的两端分别放置着B.C两小块,三者质量分别为mA=3m.mB=2m和mc=m,A与地面、B与A、C与A间的动摩擦因数分别为$\frac{μ}{6}$、μ和2μ,开始时三者均静止,现给物块B一水平向右的初速度v0(v0=$\sqrt{\frac{5μgL}{8}}$),同时给物块C一向左的水平拉力F(F=3μmg),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,试求:
(1)经过多长时间木板A开始运动;
(2)从A开始运动至B与C相遇的时间.

分析 (1)先求出各接触面上的最大静摩擦力,B开始运动时,假定把A与C看成整体,通过分析受力判断出A处于静止状态.由牛顿第二定律求出B和C的加速度,当B的速度减为零时,分析可以知道C对A的摩擦力大于地面对A的最大静摩擦力,此时A和B共同向左运动,由速度公式求时间.
(2)分析三个物体的运动情况,分段求出各自的位移,结合位移关系求从A开始运动至B与C相遇的时间.

解答 解:(1)各接触面上的最大静摩擦力分别为:fAm=$\frac{1}{6}$μ×6mg=μmg,fBm=fCm=2μmg
B开始运动时,假定把A与C看成整体,整体水平方向所受合力为零,而:F=3μmg>fBm
故开始时C向左运动,A扔处于静止状态
设此时B、C的加速度大小分别为aB、aC.
由牛顿第二定律:
对B有:2μmg=2maB
对C有:3μmg-2μmg=maC
解得:aB=aC=μg
当B的速度减为零时,分析可以知道C对A的摩擦力大于地面对A的最大静摩擦力,此时A和B共同向左运动,因此A由静止开始运动需经过时间为:
   t1=$\frac{{v}_{0}}{μg}$=$\sqrt{\frac{5L}{8μg}}$.
(2)设A板开始运动前B、C的位移大小分别为xB、xC,由运动学公式得到:
   xB=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2{a}_{B}}$=$\frac{5L}{16}$
因B和C的运动反向对称,故xC=xB=$\frac{5L}{16}$
且B的速度减为零时,C的速度 vC=v0
A与B共同向左作匀加速运动的过程中,对A、B整体,由牛顿第二定律可得:
     aAB=$\frac{2μmg-\frac{1}{6}×6μmg}{5m}$=$\frac{1}{5}$μg
设再经过时间t,B与C相遇,此过程中B、C所运动的位移分别为xB′、xC′,由运动学公式可以得到:
  xC′-xB′=L-xB-xC
即:v0t+$\frac{1}{2}{a}_{C}{t}^{2}$-$\frac{1}{2}{a}_{AB}{t}^{2}$=L-2×$\frac{5L}{16}$
把L=$\frac{8{v}_{0}^{2}}{5μg}$代入上式可以得到:2(μg)2t2+5μgv0t-3${v}_{0}^{2}$=0
解得:t=$\frac{{v}_{0}}{2μg}$=$\sqrt{\frac{5L}{32μg}}$.
答:
(1)经过$\sqrt{\frac{5L}{8μg}}$时间木板A开始运动;
(2)从A开始运动至B与C相遇的时间是$\sqrt{\frac{5L}{32μg}}$.

点评 本题的关键要求同学们能正确分析物体的受力情况和运动情况,分段运用牛顿第二定律和运动学公式进行研究,分析时要注意判断A的运动状态.

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