问题 问答题

如图所示,长木板A右边固定着一个挡板,包括挡板在内的总质量为1.5M,静止在光滑的水平地面上.小木块B质量为M,从A的左端开始以初速度v0在A上滑动,滑到右端与档板发生碰撞,已知碰撞过程时间极短,碰后木块B恰好滑到A端就停止滑动,已知B与A间的动摩擦因数为μ,B在A板上单程滑行长度为l,求:

(1)碰撞过程中系统损失的机械能;

(2)若μ=

3v20
160gt
,在B与挡板碰撞后的运动过程中,摩擦力对木板A做多少功?

答案

(1)设A、B相对静止后的共同速度为v,整个过程A、B组成的系统动量守恒:

Mv0=(M+

3
2
M)v

v=

2
5
v0                

由能量守恒得:Q=

1
2
Mv20
-
1
2
(M+1.5M)v2-μMg?2l

联立解得:Q=

3
10
M
v20
-2μMgl          

(2)B与A碰撞后,B相对于A向左运动,A所受摩擦力方向向左,A的运动方向向右,故摩擦力做负功.

设B与A碰撞后的瞬间A的速度为v1,B的速度为v2,碰撞后直至相对静止的过程中,系统动量守恒,机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功.即

Mv0=Mv2+1.5Mv1

1
2
×1.5M
v21
+
1
2
M
v21
-
1
2
×2.5Mv2=μMgl

可解出v1=

1
2
v0

这段过程中,A克服摩擦力做功

W=

1
2
×1.5M
v21
-
1
2
×1.5Mv2=
27
400
M
v20
            

答:(1)碰撞过程中系统损失的机械能是

3
10
M
v20
-2μMgl;

(2)若μ=

3v20
160gt
,在B与挡板碰撞后的运动过程中,摩擦力对木板A做功是
27
400
M
v20

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