问题 问答题

如图所示,光滑水平地面上停着一辆平板车,其质量为2m,长为L,车右端(A点)有一块静止的质量为m的小金属块.金属块与车间有摩擦,以中点C为界,AC段与CB段摩擦因数不同.现给车施加一个向右的水平恒力,使车向右运动,同时金属块在车上开始滑动,当金属块滑到中点C时,撤去这个力.已知撤去力的瞬间,金属块的速度为v0,车的速度为2v0,最后金属块恰好停在车的左端(B点).如果金属块与车的AC段间的动摩擦因数为μ1,与CB段间的动摩擦因数为μ2,求μ1与μ2的比值.

答案

金属块由A→C过程中做匀加速运动,加速度为:

a1=

f
m
=
μ1mg
m
1g
       

设金属块由A到达C历时为t1,速度v0=a1t1…①

小车加速度a2=2a1=2μ1g.  

车此刻的速度:2v0=a2t1…②

金属块与小车位移之差:s=

1
2
a2t12-
1
2
a
1
t
1
2
=
1
2
(1g1g)(
v0
μ1g
)
2

而s=

L
2

所以:μ1=

v02
gL
…③

从小金属块滑至车中点C开始到小金属块停在车的左端,它与车有共同速度,设为v,此过程中,系统水平方向动量守恒,有 

2m×2v0+mv0=(2m+m)v,

得v=

5
3
v0.                                  

此过程中系统动能损失为μ2mg

L
2
=
1
2
mv02
+
1
2
×2m×(2v0)2-
1
2
×3m×(
5
3
v
0
)
2

解得:μ2=

2v02
3gL
…④

④ 
得:
μ1
μ2
=
3
2
.                                               

答:μ1与μ2的比值为3:2.

选择题
单项选择题 B型题