如图所示,平板车长L=6.0m,质量M=10kg,将其置于光滑水平面上,车的上表面距水平面h=1.25m.平板车在光滑水

如图所示,平板车长L=6.0m,质量M=10kg,将其置于光滑水平面上,车的上表面距水平面h=1.25m.平板车在光滑水平面上以v0=10m/s向右做匀速直线运动,某时刻对平板车施加一个方向水平向左、大小F1=78N的恒力,与此同时,将一个质量m=1.0kg的木块轻放在平板车右端.F1作用1.0s后,将力的大小改为F2=422N(作用位置和施力方向均不变).F2作用一段时间后,木块脱离平板车落到平面上,在木块脱离平板车的瞬间撤去F2.已知平板车与木块间的动摩擦因数μ=0.20,木块可视为质点,空气阻力可忽略不计.求:
(1)木块从离开平板车至落到水平面上所用的时间;
(2)在F1作用的时间内,摩擦力对平板车做的功;
(3)木块落到水平面上时距离平板车右端的水平距离.
折花拂柳走四方 1年前 已收到1个回答 举报

蹦一跳二 花朵

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(1)木块离开平板车后,只受重力,在竖直方向做初速为零的匀加速直线运动,设从木块离开平板车开始至落到光滑水平面上所用的时间为t,则有h=[1/2]gt2
解得:t=

2h
g=0.50 s    
(2)木块放到平板车右端后,木块和平板车沿水平方向受力情况如答图所示.

设此时平板车的加速度为a1,木块的加速度为a2根据牛顿第二定律,
对平板车与F1+μmg=Ma1
对木块有μmg=ma2
解得:a1=8.0 m/s2;a2=2.0 m/s2    
设将木块放到平板车右端后经过t1时间木块和平板车达到共同速度,
则有v0-a1t1=a1t1
解得:t1=1.0 s
此时间刚好是F1作用的时间,设在这段时间内平板车的位移为x1
则x1=v0t1-[1/2]a1t2,解得:x1=6.0 m    
在F1作用的时间内摩擦力对平板车做的功
W=-μmgx1=-0.20×1.0×10×6.0J=-120J   
(3)在F1作用的时间内木块的位移为x2=[1/2]a2t2=1.0 m
10 s末木块距离平板车右端的距离△x=L-x2=5.0 m,如答图所示.

10s末平板车和木块具有相同的速度v=a2t1=2.0m/s
F2开始作用后,木块的平板车沿水平方向受力的情况如答图所示.

木块做减速运动,其加速度大小不变,方向改变.
设此时平板车的加速度为a3
根据牛顿第二定律,对平板车有F2-μmg=Ma3
解得:a3=42 m/s2
设木块在速度减为零时,木块、平板车的位移分别为x3、x4,取水平向右的方向为正方向.
x3=v2/2a2=1.0 m,木块速度减为零所用时间t2=[v
a2=1.0 s
所以x4=vt2-
1/2]a3t2=-19 m
因|x4|>△x说明木块在速度减为零之前已经从平板车的右端脱离.
在F2作用t3时间木块与平板车脱离,在这个过程中木块、平板车的位移分别为x5、x6
木块的位移x5=vt3-[1/2]a2t2
平板车的位移x6=vt3-[1/2]a3 t2
由答图所示的几何关系可知x5+|x6|=△x,由此解得:t3=0.50 s    

木块离开平板车瞬间的速度v1=v-a2t3=1.0 m/s
木块离开平板车后水平位移x7=v1t=0.50 m
木块离开平板车的瞬间平板车的速度v2=v-a3t3=-19 m/s
木块离开平板车后平板车水平位移x8=v2t=-9.5 m
木块落到水平面上时距离平板车右端的水平距离x=x7+|x8|=10 m   
答:(1)木块从离开平板车至落到水平面上所用的时间为0.50s.
(2)在F1作用的时间内,摩擦力对平板车做的功为120J.
(3)木块落到水平面上时距离平板车右端的水平距离为10m.

1年前

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