问题 问答题

如图所示,长L=1.3m,质量M=5.0kg的平板小车A静止在光滑的水平面上,小车左端放有质量m=1.0kg的木块B(可以看作质点),木块B与小车A之间的动摩擦因数μ=0.20,现用水平恒力F拉动木块B在小车A上滑行.求:

(1)木块B在平板小车A上滑行时,小车A的加速度大小及方向;

(2)若F=5N,则木块B和小车A脱离时的速率分别是多少;

(3)从木块B刚开始运动到A、B脱离的过程中,水平恒力F对木块B所做的功.

答案

(1)小车A受力如图所示,重力Mg、水平面的支持力FN1,木块的压力FN2、水平向右的滑动摩擦力F1

设小车的加速度为a1

根据牛顿第二定律得  F1=Ma1

又F1=μFN2

木块B的受力如图所示,重力mg、木块的支持力FN2、水平向左的滑动摩擦力F1和水平力F,且竖直方向力平衡,有mg=FN2

联立以上三式得 a1=

μmg
M

代入解得,a1=0.4m/s2,方向水平向右.

 (2)当水平恒力F=5N时:

根据牛顿第二定律,设小木块B的加速度为a2

对木块B 有F-F1=ma2

 

代入数据,小木块B的加速度 a2=3.0 m/s2

    设小木块B从小车A的右端与A脱离时,经历的时间为t,A的位移为s,速率为vA,B的位移为(s+L),速率为vB

由于A、B均做初速度为零的匀加速直线运动,有

  s+L=

1
2
a2t2,vA=a1t,vB=a2t

代入解得,s=0.20m,s+L=1.5m,t=1s,vA=0.4m/s,vB=3m/s

(3)水平恒力F所做的功为W=F(s+L)=7.5J

答:

(1)木块B在平板小车A上滑行时,小车A的加速度大小为0.4m/s2,方向水平向右.

(2)若F=5N,木块B和小车A脱离时的速率分别是4m/s和3m/s;

(3)从木块B刚开始运动到A、B脱离的过程中,水平恒力F对木块B所做的功为7.5J.

单项选择题
单项选择题 A2型题