一个长l=1m、高h=0.2m的长木板B,静止于水平面上,其质量M=4kg,上表面光滑,与水平面之间的动摩擦因数μ=0.

一个长l=1m、高h=0.2m的长木板B,静止于水平面上,其质量M=4kg,上表面光滑,与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2.将大小可忽略、质量m=2kg的滑块A放置于长木板上方最右端,现在用水平向右的恒定拉力F=20N作用在长木板上(g取10m/s2).求:
(1)滑块A经多长时间脱离长木板?
(2)滑块A落地时,滑块与木板左端相距多远?
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夜无伤 幼苗

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解题思路:(1)长木板上表面光滑,故A水平方向不受力,保持静止状态,长木板B在水平方向拉力的摩擦力作用下做匀加速运动,当长木板的位移等于木板长度时,A物体脱离长木板,根据位移时间关系可以求出此过程经历的时间;
(2)A脱离B板后做自由落体,B物体仍做匀加速运动,求出在A自由落体的时间里B运动的位移即为A与木板左端的相距的距离.

(1)由于B的上表面光滑,故A在水平方向不受外力作用而保持静止,对B进行受力分析有:
水平方向受拉力和摩擦力作用,由牛顿第二定律有:F-f1=Ma1
竖直方向受重力Mg、A对B向下的弹力N′=mg和地面对B的支持力N,作用下保持平衡有:N-N′-Mg=0
又滑动摩擦力为:f1=μN=μ(Mg+mg)
所以可得B物体运动的加速度为:
a1=
F−f1
M=
F−μ(M+m)g
M=
20−0.2×(4+2)×10
4m/s2=2m/s2
所以当A脱离长木板时,长木板的位移等于木板的长度L,即:
L=
1
2a1t12
可得运动时间为:t1=

2L
a1=

2×1
2s=1s
(2)A离开B后做自由落体运动,经历时间为t2,则有:
h=
1
2g
t22
所以有:t2=

2h
g=

2×0.2
10s=0.2s
在引过程中木板B做继续做匀加速运动,由于A的离开使得地面对B的支持力减小,故此时B的加速度为:
a2=
F−f2
M=
20−0.2×4×10
4m/s2=3m/s2
A离开B时,B的速度为:vB=a1t1=2×1m/s=2m/s
所以在A做自由落体的时间里,B产生的位移为:
xB=vBt2+
1
2a2
t22=2×0.2+
1
2×3×0.22m=0.46m
答:(1)滑块A经1s脱离长木板;
(2)滑块A落地时,滑块与木板左端相距0.46m.

点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

考点点评: 本题主要考查隔离法对物体进行受力分析,并由受力情况确定物体的运动情况,从而推出A离开B时的运动条件,A离开B后做自由落体运动,从而求得运动时间.本题易错点在于A离开B后,B受到的摩擦力发生变化,故加速度亦发生变化,好多同学会误认为B的加速度保持不变为从而得出错误的结论.

1年前

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