问题 问答题

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

答案

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)=

1
2
mv2-
1
2
m
v20
    ②

此时AB是个整体有:μmgs=

1
2
×2Mv2     ③

②③相加得:-μmgx=

1
2
(m+2M)v2-
1
2
v20
  ④

解①、④两式得:

x=

M
v20
(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:

1
2
m
v20
-
1
2
m
v21
-
1
2
• 2M
V21
=μmgl⑥

联立⑤⑥带入数据得:V1=

24
20
m/s,v1=
24
5
m/s

由于v1必是正数,故合理的解是:V1=

8-
24
20
=0.155m/s,v1=
2+
24
5
=1.38m/s

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:

1
2
m
v21
+
1
2
M
V21
-
1
2
(M+m)
V22
=μmgy 

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.

多项选择题
单项选择题