题目内容
【题目】如图所示,在光滑水平面上,有质量为1.0kg的木板A,以1m/s的速度做匀速直线运动,它的上表面右边是粗糙的,动摩擦因数μ为0.1,左边是光滑的,两边分界线为P.某时刻质量为1.0kg的小物块B(视为质点)无初速置于P点,同时受1.0N的水平向右的作用力,水平力作用2秒后撤去.求:
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(1)当撤去外力时,A、B水平向右位移各多少?
(2)若木板足够长,木板A与小物块B的最终速度?
(3)要使小物块B不滑离木板A,木板A的长度至少是多少??
【答案】(1)SA=2m,SB=2m (2)最终A、B速度相同,都为1.5m/s (3)木板A长度0.75m
【解析】
(1)水平力作用2s的时间内,A、B分别相对于地面做匀加速直线运动,由匀变速运动规律可得位移;
(2)对于AB系统,撤去外力后水平方向动量守恒,可解最终共同速度;
(3)计算物块初始时加速时距离A最左端的位移与达到共同速度时离开P的距离,二者之和就是A板的最小长度.
(1)假设力F作用的2s时间内,B还未进入P的右侧,
则物块B加速度a=
=1m/s2
水平位移SB=
at2=2m
木板A水平位移为SA=v0t=2m
因为SA=SB,假设成立,即撤去外力时B恰好又到P点
水平位移SA=2m,SB=2m
(2)撤去外力时,vB=at=2m/s
B进入P的右侧,最终A、B速度相同,都设为v
由动量守恒:mAv0+mBvB=(mA+mB)
v=1.5m/s
(3)设B进入P右端,相对A的位移为△S1
由能量守恒:
mAv02+
mBvB2=
(mA+mB)v2+μmBg△S1
△S1=0.25m
当小物块B的速度vB'=v0=1m/s时,B在A的最左端
经历时间t′=
=1s
此时小物块相对木块最左端位移△S2=v0t′
at′2=0.5m
即木板A长度至少L=△S1+△S2=0.75m