试题与答案

如图所示,质量M=1.0kg的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m

题型:问答题

题目:

如图所示,质量M=1.0kg的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数μ=0.20.现用水平恒力F=6.0N向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过t=1.0s撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求:

(1)撤去力F时小滑块和长木板的速度各是多大?

(2)小滑块相对长木板静止时,小滑块相对地面运动的总位移.

答案:

(1)对长木板施加恒力F的时间内,小滑块与长木板间相对滑动,小滑块和长木板在水平方向的受力情况如图所示.

小滑块所受摩擦力f=μmg

设小滑块的加速度为a1,根据牛顿第二定律

f=ma1

解得        a1=2.0 m/s2

长木板受的摩擦力    f′=f=μmg

设长木板的加速度为a2,根据牛顿第二定律

F-f′=Ma2  

解得         a2=4.0 m/s2

经过时间t=1.0 s,

小滑块的速度  v1=a1t=2.0 m/s     

长木板的速度  v2=a2t=4.0 m/s

(2)撤去力F后的一段时间内,小滑块的速度小于长木板的速度,小滑块仍以加速度a1做匀加速直线运动,长木板做匀减速直线运动.设长木板运动的加速度为a3,此时长木板水平方向受力情况如图所示,根据牛顿第二定律

f′=Ma3

公式和受力图共(1分)

解得   a3=2.0 m/s2

设再经过时间t1后,小滑块与长木板的速度相等,此时小滑块相对长木板静止

即           v1+a1t1=v2-a3t1                        

解得           t1=0.50 s

如图所示,在对长木板施加力F的时间内,小滑块相对地面运动的位移是s1,从撤去F到二者速度相等的过程,小滑块相对地面的位移是s2

所以小滑块相对长木板静止时,小滑块相对地面运动的总位移为

s=s1+s2=

1
2
a1t2+(v1t1+
1
2
a1t12)=2.25 m

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