问题 问答题

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=

3
2
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.

(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)

答案

(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
=
1
2
mv02-
1
2
mvC2.----①

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
=
1
2
mvC2-
1
2
mvB2-----②

vC=

3
2
v0,F=f代入解得

vB=

1
2
v0

(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
=
1
2
mvC2------④

由①④两式可得,F2=

mv02
2d
-----------⑤

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=

1
2
mvA2;-------⑥

由以上各式解得滑块离开AB区域时的速度

vA=

2
2
v0,从A离开.

答:(1)滑块离开AB区域时的速度为

1
2
v0 (2)要使离开时的时间最长,F2=
mv02
2d
,将从A离开,离开的速度为
2
2
v0

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