问题 问答题

如图甲所示,小车B静止在光滑水平上,一个质量为m的铁块A(可视为质点),以水平速度v0=4.0m/s滑上小车B的左端,然后与小车右挡板碰撞,最后恰好滑到小车的中点,已知

M
m
=3,小车车面长L=1m.设A与挡板碰撞无机械能损失,碰撞时间可忽略不计,g取10m/s2,求:

(1)A、B最后速度的大小;

(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数;

(3)铁块A与小车B的挡板相碰撞前后小车B的速度,并在图乙坐标中画出A、B相对滑动过程中小车B相对地面的速度v-t图线.

答案

(1)对A、B系统,由动量守恒定律得:

Mv0=(M+m)v,解得v=

mv0
M+m
=1m/s;

(2)A、B系统整个过程,由动能定理得:

μmg×1.5L=

1
2
m
v20
-
1
2
(M+m)
v

解得:μ=

v02-4v2
4gL
=0.4;

(3)设A、B碰撞前速度分别为v10和v20

对系统动量守恒  mv0=mv1+Mv2

对系统能量转化和守恒定律得:

μmgL=

1
2
mv02-
1
2
mv102-
1
2
M
v220

带入数据联立方程,解得v10=1+

3
=2.732 m/s,(舍v10=1-
3
=-0.732m/s)

v20=1-

3
3
=0.423m/s,

该过程小车B做匀加速运动,

由牛顿第二定律得:μmg=MaM

解得:aM=

4
3
m/s2,v20=aMt1,t1=0.317s,

A、B相碰,设A、B碰后A的速度为v1和 v2

A、B系统动量守恒:mv0=mv1+Mv2

对系统机械能守恒

1
2
mv102+
1
2
M
v220
=
1
2
mv12+
1
2
M
v22

带入数据联立方程,解得v1=1-

3
=-0.732 m/s,(舍v1=1+
3
m/s)

“-”说明方向向左;v2=1+

3
3
=1.577m/s,

该过程小车B做匀减速运动,-μmg=MaM,解得aM=-

4
3
m/s2

到最终相对静止:v=v2+aMt2,t2=0.433s,

所以,运动的总时间为:t=t1+t2=0.75s,

小车B的v-t图如图所示;

答:(1)A、B最后速度的为1m/s;

(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数为0.4;

(3)小车B相对地面的速度v-t图线如图所示.

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