问题 计算题

如图所示,物体A放在足够长的木板B上,木板B静置于水平面。t=0时,电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B,使它做初速度为零、加速度aB=1.0 m/s2的匀加速直线运动,已知A的质量mA和B的质量mB均为2.0 kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.05,B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g取10 m/s2。求:

(1)物体A刚运动时的加速度aA

(2)t=1.0 s时,电动机的输出功率P;

(3)若t=1.0s时,将电动机的输出功率立即调整为P'=5 W,并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变,t=3.8 s时物体A的速度为l.2 m/s,则在t=1.0 s到t=3.8 s这段时间内木板B的位移为多少?

答案

解:(1)物体A在水平方向上受到向右的摩擦力,由牛顿第二定律得μ1mAg=mAaA

代入数据解得aA=0.5 m/s2

(2)t=l.0 s时,木板B的速度大小为v1=aBt ③

木板B所受拉力F,由牛顿第二定律有F-μmAg一μ2(mA+mB)g=mBaB

电动机输出功率P1=Fv1

由③④⑤并代入数据解得P=7 W ⑥

(3)电动机的输出功率调整为5W时,设细绳对木板B的拉力为F',则P'=F'v1

代入数据解得F'=5 N ⑧

木板B受力满足F'-μ1mAg-μ2(mA+mB)g=0 ⑨

所以木板B将做匀速直线运动,而物体A则继续在B上做匀加速直线运动直到A、B速度相等。设这一过程时间为t',有v1=aA(t+t')⑩

这段时间内B的位移S1=v1t'

A、B速度相同后,由于F'>μ2(mA+mB)g且电动机输出功率恒定,A、B将一起做加速度逐渐减小的变加速运动,由动能定理得   

联立②③⑩并代入数据解得

木板B在t=1.0 s到t=3.8 s这段时间的位移s=s1+s2=3.03 m(或取s=3.0 m)

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