问题 计算题

如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来。求:

(1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向;

(2)作用于木板的恒力F的大小;

(3)木板的长度至少是多少?

答案

(1)2N   方向水平向右(2)F=10N(3)1.7m

本实验考查牛顿第二定律,首先进行受力分析,得出加速度后根据运动学公式求解

(1)设小物块受到的摩擦力大小为f

       

f=0.2×1.0×10N=2N   方向水平向右                  (3分)

(2)设小物块的加速度为a1,木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2,此过程中小物块的位移为s1,木板的位移为s2

则有:                 (1分)

          

     

            (2分)

对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f’=ma2,

则F="f’+ma2," 代入数值得出F=10N。    (3分)

(3)设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2,撤去F后,木板与小物块组成的系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度V共,

   

根据动量守恒定律得: mv1+Mv2="(m+M)" V共       

          (2分)

对小物块:根据动能定理:

对木板:根据动能定理:

代入数据:                                       (2分)

所以木板的长度至少为L=l+l'=m≈1.7m                    (1分)

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