(2014•广东模拟)如图所示,质量为M=4kg的木板静置于足够大的水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数μ=0.01,板

(2014•广东模拟)如图所示,质量为M=4kg的木板静置于足够大的水平地面上,木板与地面间的动摩擦因数μ=0.01,板上最左端停放着质量为m=1kg可视为质点的电动小车,车与木板右端的固定挡板相距L=5m.现通电使小车由静止开始从木板左端向右做匀加速运动,经时间t=2s,车与挡板相碰,车与挡板粘合在一起,碰撞时间极短且碰后自动切断小车的电源.(计算中取最大静摩擦力等于动摩擦力,并取g=10m/s2.)
(1)试通过计算说明:车与挡板相碰前,木板相对地面是静止还是运动的?
(2)求出小车与挡板碰撞前,车的速率v1和板的速率v2
(3)求出碰后木板在水平地面上滑动的距离S.
luhuibao 1年前 已收到1个回答 举报

lyp600 幼苗

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解题思路:(1)先假定木板静止不动,求解出木板与地面间的摩擦力,与最大静摩擦力比较后得到结论;
(2)根据牛顿第二定律求出车和木板的加速度,运用运动学公式,即可求得小车与挡板碰撞前,车的速率v1和板的速率v2
(3)由动量守恒定律求得碰撞后它们的共同速度,由动能定理求解碰后木板在水平地上滑动的距离.

(1)假设木板不动,电动车在板上运动的加速度为a0,由 L=[1/2a0t2得:
a0=
2L
t2]=2.5m/s2
此时木板使车向右运动的摩擦力:f=m a0=2.5N
木板受车向左的反作用力:f′=f=2.5N
木板受地面向右最大静摩擦力:f0=μ(M+m)g=0.5N
由于 f′>f0,所以木板不可能静止,将向左运动;
(2)设车与木板碰前,车与木板的加速度分别为a1和a2,相互作用力为F,由牛顿定律与运动学公式:
对小车:F=ma1
v1=a1t
对木板:F-μ(M+m)g=Ma2
v2=a2t
两者的位移的关系:
v1
2t+
v2
2t=l
联立并代入数据解得:v1=4.2m/s,v2=0.8m/s
(3)设车与木板碰后其共同速度为v,两者相碰时系统动量守恒,以向右为正方向,有
mv1-Mv2=(M+m)v
对碰后滑行S的过程,由动能定理得:−μ(M+m)gS=0−
1
2(M+m)v2
联立并代入数据,解得:S=0.2m
答:(1)通过计算知:车与挡板相碰前,木板相对地面向左运动;
(2)小车与挡板碰撞前,车的速率是4.2m/s,板的速率是0.8m/s;
(3)碰后木板在水平地面上滑动的距离是0.2m.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;摩擦力的判断与计算;动能定理.

考点点评: 熟悉系统动量守恒条件,能根据运动特征求出初速度为0的匀加速直线运动的速度与时间以及位移的关系,是解决问题的关键.

1年前

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