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如图所示,有一定长度的木板C放在光滑水平面上,长木板上面放置可视为质点的木块A、B,A、B、C的质量分别是mA=mB=mC=0.2Kg,木块A、B相距0.2m,放在长木板上适当的位置,它们与长木板间的动摩擦因数相同均为μ=0.2,三物块均在同一直线上,开始时都处于静止状态.某时刻同时对A、B施加相反方向的恒力,F1=1N,F2=0.6N,如图所示,经过t=1s的时间,同时撤去这两个力,问:
(1)在同时对A、B施加相反方向的恒力的过程中,木板C的运动状态应该怎样,请说明理由;
(2)若要使A、B最终不滑离长木板,木板C的长度至少为多少?
分析:在F1、F2作用下分别求出A、B的加速度,进而求出撤去外力时AB的位移和速度,撤去这两个力后,A、B的加速度大小相等,分别求出AB停止运动的时间和运动的位移,根据位移之间的关系即可求解.
解答:解:(1)A、B与木板间滑动摩擦力的大小:fA=fB=μmAg=0.4N,F1>F2,F2>fB,A、B木板分别向左、向右做匀加速直线运动,A、B对木板C的摩擦力大小相,方向相反,所以在同时对A、B施加相反方向的恒定摩擦力的过程中,木板C保持静止.
(2)恒力作用时A、B的加速度大小:
aA=
F1-μmAg
mA
=
1-0.2×0.2×10
0.2
=3m/s 2
              
aB=
F2-μmBg
mB
=
0.6-0.2×0.2×10
0.2
=1m/s 2

恒力作用1s末A、B的速度大小:
vA=aAt=3×1=3m/s               
vB=aBt=1×1=1m/s
撤去两个力后,两个物体由于惯性继续运动,加速度大小:
a′A=a′B=2m/s2
B先相对于C静止,运动时间:
t1=
vB
a′B
=
1
2
=0.5s

这段时间C一直保持静止状态,A、B的位移分别为
SA=
1
2
aAt2+vA1
t
 
1
-
1
2
aA
′t
2
1
=
1
2
×3×12+3×0.5-
1
2
×2×0.52=2.75m

sB=
1
2
aBt2+vB1
t
 
1
-
1
2
aB
′t
2
1
=
1
2
×1×12+1×0.5-
1
2
×2×0.52=0.75m

此时A的速度:vA1=vA-a′At1=2m/s
以后B相对于C静止,A做匀减速运动,C和B向左做匀加速运动(相对静止),C的加速度为:
aC=
μmAg
mB+mC
=
1
2
μg
=1m/s2
设此后到相对静止的运动时间为t2,根据速度时间关系公式,有:
vA1-aA′t2=aCt2
代入数据,有:2-2t2=t2
故A相对于C运动时间:t2=
2
3
s
该段时间内,A相对于C运动距离△s=(vA1t2-
1
2
aA′
t
2
2
)-
1
2
aC
t
2
2
=2×
2
3
-
1
2
×2×(
2
3
)2
-
1
2
×1×(
2
3
)2
=
2
3
m≈0.67m
木板总长度为s=SA+SB+△S=2.75+0.75+0.67=4.17m
答:(1)在同时对A、B施加相反方向的恒力的过程中,木板C处于静止状态;
(2)木板C至少要4.17m.
点评:本题是相对运动的题目,要求同学们能正确分析物体的受力情况和运动情况,根据牛顿第二定律及运动学基本规律解题,难度较大.
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,有一定厚度的长木板AB在水平面上滑行,木板的质量m1=4.0kg,木板与水平面间的动摩擦因数μ=0.20,木板上表面距水平面的高度h=0.050m.当木板滑行速度v0=3.0m/s时,将一小物块C轻放在木板右端B点处.C可视为质点,它的质量m2=1.0kg.经过一段时间,小物块C从木板的左端A点滑出,它落地时的速度为m/s.小物块落地后,木板又滑行了一段距离停在水平面上,这时木板左端A点距小物块的落地点的水平距离s1=0.90m.求(1)小物块C从木板的A点滑出时,木板速度的大小vA(2)木板AB的长度L

 

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科目:高中物理 来源:2012届度北京市高三10月月考物理卷2 题型:计算题

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