问题 问答题

如图所示,质量为M的木板长为L,木板的两个端点分别为A、B,中点为O,木板置于光滑的水平面上并以v0的水平初速度向右运动.若把质量为m的小木块(可视为质点)置于木板的B端,小木块的初速度为零,最终小木块随木板一起运动.小木块与木板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.求:

(1)小木块与木板相对静止时,木板运动的速度;

(2)从小木块放上木板到它与木板相对静止的过程中,木板运动的位移;

(3)小木块与木板间的动摩擦因数μ的取值在什么范围内,才能使木块最终相对于木板静止时位于OA之间.

答案

(1)小木块在木板上滑动直至相对静止的过程中系统动量守恒,设相对静止时共同速度为v,则

      Mv0=(M+m)v…①

解得   v=

M
M+m
v0…②

(2)从小木块放上木板到它与木板相对静止的过程中,设木板运动的位移为x,对木板应用动能定理得

   -f•x=

1
2
Mv2-
1
2
M
v20
…③

又 f=μN=μmg…④

解得  x=

M(2M+m)
v20
2μg(M+m)2

(3)设小木块恰好相对静止在A点,对系统由能量守恒和功能关系可得:

   f•L=

1
2
M
v20
-
1
2
(M+m)v2…⑤

由①、④、⑤三个方程解得μ=

M
v20
2gL(M+m)

设小木块恰好相对静止在O点,对系统由能量守恒和功能关系可得:

f•

L
2
=
1
2
M
v20
-
1
2
(M+m)v2…⑥

由①、④、⑥三个方程解得μ′=

M
v20
gL(M+m)

所以要使木块m最终滑动到OA之间,μ值应取为

M
v20
gL(M+m)
≥μ≥
M
v20
2gL(M+m)

答:

(1)小木块与木板相对静止时,木板运动的速度是

M
M+m
v0

(2)从小木块放上木板到它与木板相对静止的过程中,木板运动的位移是

M(2M+m)
v20
2μg(M+m)2

(3)小木块与木板间的动摩擦因数μ的取值在

M
v20
gL(M+m)
≥μ≥
M
v20
2gL(M+m)
范围内,才能使木块最终相对于木板静止时位于OA之间.

单项选择题
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