如图所示,水平面上的AB区域宽度为d,质量为m的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入AB区域,当滑块运动至区域的中点C时,速度大小为vC=
v0,从此刻起给滑块加上一个水平向左的恒力,过B点后即将该力撤去.3 2
(1)若加上的恒力与滑动摩擦力大小相等,求滑块离开AB区域时的速度.
(2)要使小滑块在AB区域内运动的时间达到最长,该力应满足什么条件?并求这种情况下滑块离开AB区域时的速度.(设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)
(1)设滑块所受滑动摩擦力大小为f,则滑块从A点运动至C点过程,由动能定理得
f•
=d 2
mv02-1 2
mvC2.----①1 2
假设最后滑块从B点离开AB区域,则滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得
(F+f)
=d 2
mvC2-1 2
mvB2-----②1 2
将vC=
v0,F=f代入解得3 2
vB=
v0.1 2
(2)要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长,必须使滑块运动至B点停下,然后再向左加速运动,最后从A点离开AB区域.
滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得
(F2+f)
=d 2
mvC2------④1 2
由①④两式可得,F2=
-----------⑤mv02 2d
滑块运动至B点后,因为F2=2f>f,所以滑块向左加速运动,从B运动至A点过程,由动能定理得
(F2-f)d=
mvA2;-------⑥1 2
由以上各式解得滑块离开AB区域时的速度
vA=
v0,从A离开.2 2
答:(1)滑块离开AB区域时的速度为
v0 (2)要使离开时的时间最长,F2=1 2
,将从A离开,离开的速度为mv02 2d
v0.2 2