问题 问答题

如图所示,在固定的粗糙斜面上依次放有两块质量相等m1=m2=10kg的平板A、B,长度均为 L=1.6m,斜面倾角很小为θ(sinθ=0.1,cosθ≈1),一个质量为m3=20kg 的小滑块C以v0=5m/s的初速度滑上平板A的上表面.A与斜面之间的动摩擦因素为μ1=0.2,B与斜面之间的动摩擦因素μ2=0.1,滑块C与平板A、B之间的动摩擦因数相同,设为μ3.设最大静摩擦力与相对应的滑动摩擦力大小相等,g=10m/s.

(1)若小滑块C滑上平板A时,平板均不动,而滑上平板B时,平板B开始滑动,求μ3应满足的条件;

(2)若μ3=0.4,求滑块C从开始滑上平板A到最终相对斜面静止时运动的时间和平板B沿斜面上滑的最大距离.

答案

(1)要使小滑块滑上平板A时,平板不动,则:

μ3m3gcosθ≤μ1(m1+m3)gcosθ+μ2m2gcosθ+(m1+m2)gsinθ

要使小滑块滑上平板B时,平板B开始滑动,则:

μ3m3gcosθ≥μ2(m2+m3)gcosθ+m2gsinθ

解得:0.2≤μ≤0.45

即μ3应满足的条件为0.2≤μ≤0.45.

(2)设C在A上滑动时,C的加速度为ac,经t1时间滑出A时的速度为v1,则

m3gsinθ+μ3m3gcosθ=m3ac

解得

ac=5m/s2

根据速度位移公式,有

v02-v12=2acL

解得

v1=3m/s

根据速度时间公式,有

v0-v1=act1

解得

t1=

2
5
s

C滑到B上以后,B开始滑动,加速度为aB,假设经t2时间后B、C达到共同速度v2时C还没有从B上滑出

对B:μ3m3gcosθ-μ2(m2+m3)cosθ-m2gsinθ=m2aB

解得

aB=4m/s2

根据速度位移公式,有

v2=aBt2

对C:v2=v1-act2

解得:v2=

4
3
m/s

t2=

1
3
s

C相对于B滑动的距离△x=

v1+v2
2
t2-
v2
2
t2

△x=0.5m<L假设成立

之后C和B一起沿斜面减速,加速度为a,经t3速度变为零

对BC整体:(m1+m3)gsinθ+μ2(m1+m3)gcosθ=(m1+m3)a

解得

a=2m/s2

根据速度位移公式,有

t3=

v2
a

t3=

2
3
s

由于(m1+m3)gsinθ=μ2(m1+m3)gcosθ,故BC最终静止在斜面上;

故C从开始滑上平板A最终相对斜面静止时运动的时间:t=t1+t2+t3t=1.4s,平板B沿斜面上滑的最大距离:xB=

v2
2
(t2+t3)xB=0.67m.

单项选择题
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