如图所示,一块足够长的木板,放在光滑水平面上,在木板上自左向右并非放有序号是1,2,3,…,n的物体,所有物块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同,开始时,木板静止不动,第1,2,3,…n号物块的初速度分别是v,2 v
,3 v
,…nv
,方向都向右,木板的质量与所有物块的总质量相等,最终所有物块与木板以共同速度匀速运动。设物块之间均无相互碰撞,木板足够长。试求:
小题1:所有物块与木板一起匀速运动的速度v;
小题2:第1号物块与木板刚好相对静止时的速度v;
小题3:通过分析与计算说明第k号(k<n=物块的最小速度v
小题1:v=
(n+1)v
,
小题2:v=
v
小题3:v=
小题1:设所有物块都相对木板静止时的速度为 v
,因木板与所有物块系统水平方向不受外力,动量守恒,应有:
m v+m·2 v
+m·3 v
+…+m·n v
=(M + nm)v
1
M = nm, 2
解得: v=
(n+1)v
,
小题2:设第1号物块相对木板静止时的速度为v,取木板与物块1为系统一部分,第2 号物块到第n号物块为系统另一部分,则
木板和物块1 △p =(M + m)v-m v
,
2至n号物块 △p=(n-1)m·(v
- v
)
由动量守恒定律:△p=△p,
解得 v=
v
, 3
小题3:设第k号物块相对木板静止时的速度由v ,则第k号物块速度由k v
减为v
的过程中,序数在第k号物块后面的所有物块动量都减小m(k v
- v
),取木板与序号为1至K号以前的各物块为一部分,则
△p=(M+km)v-(m v
+m·2 v
+…+mk v
)=(n+k)m v
-
(k+1)m v
序号在第k以后的所有物块动量减少的总量为
△p=(n-k)m(k v
- v
)
由动量守恒得 △p=△p,即
(n+k)m v-
(k+1)m v
= (n-k)m(k v
- v
),
解得 v=