如图所示,A、B是静止在水平地面上完全相同的两块长木板.A的左端和B的右端相接触.两板的质量皆为M=2.0kg,长度皆为l=1.0m.C是一质量为m=1.0kg的小物块.现给它一初速度v0=2.0m/s,使它从B板的左端开始向右滑动.已知地面是光滑的,而C与A、B之间的动摩擦因数皆为μ=0.10.求最后A、B、C各以多大的速度做匀速运动.取重力加速度g=10m/s2.

先假设小物块C在木板B上移动x距离后,停在B上.这时A、B、C三者的速度相等,设为v,由动量守恒得:
mv0=(m+2M)v ①
在此过程中,木板B的位移为s,小木块C的位移为s+x,由功能关系得:
对C有:-μmg(s+x)=
mv2-1 2
m1 2
②v 20
此时AB是个整体有:μmgs=
×2Mv2 ③1 2
②③相加得:-μmgx=
(m+2M)v2-1 2
m 1 2
④v 20
解①、④两式得:
x=M v 20 (2M+m)μg
代入数值得:x=1.6m
x比B板的长度l大,这说明小物块C不会停在B板上,而要滑到A板上.设C刚滑到A板上的速度为v1,此时A、B板的速度为V1,则由动量守恒得:
mv0=mv1+2MV1 ⑤
由功能关系得:
m1 2
-v 20
m1 2
-v 21
• 2M1 2
=μmgl⑥V 21
联立⑤⑥带入数据得:V1=
m/s,v1=8± 24 20
m/s2± 24 5
由于v1必是正数,故合理的解是:V1=
=0.155m/s,v1=8- 24 20
=1.38m/s2+ 24 5
当滑到A之后,B即以V1=0.155m/s做匀速运动,而C是以v1=1.38m/s的初速在A上向右运动.设在A上移动了y距离后停止在A上,此时C和A的速度为V2,由动量守恒得:
MV1+mv1=(m+M)V2
解得:V2=0.563m/s
由功能关系得:
m1 2
+v 21
M1 2
-V 21
(M+m)1 2
=μmgy V 22
解得:y=0.50m
y比A板的长度小,故小物块C确实是停在A板上.
故最后A、B、C的速度分别为:VA=V2=0.563m/s,VB=V1=0.155m/s,VC=VA=0.563m/s.