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如图15所示,质量M=8.0kg的小车放在光滑的水平面上,给小车施加一水平向右的恒力F=8.0N。当向右运动的速度达到V0=1.5m/s时,有一物块以水平向左的初速度v0=1.0m/s滑上小车的右端。小物块的质量m=2.0kg,物块与小车表面的动摩擦因数μ=0.20。设小车足够长,重力加速度g取10m/s2。

(1)物块从滑上小车开始,经过多长的时间速度减小为零?

(2)求物块在小车上相对小车滑动的过程中,物块相对地面的位移。

(3)物块在小车上相对小车滑动的过程中,小车和物块组成的系统机械能变化了多少?

 

(1)0.5s        (2)1.11m,方向向右 (3)17.2J

            


解析:

(1)设物块滑上小车后经过时间t1速度减为零,根据动量定理

μmgt1=mv,

         解得:                                                             t1==0.5s 。…………1分

    (2)物块滑上小车后,做加速度为am的匀变速运动,根牛顿第二定律

μmg=mam,

解得:                                                             am=μg=2.0m/s2。

小车做加速度为aM的匀加速运动,根据牛顿第二定律

F-μmg=MaM,

解得:                                                   aM==0.5m/s2。…………1分

设物块向左滑动的位移为s1,根据运动学公式

s1=v0t1-amt=0.25m,

当滑块的速度为零时,小车的速度V1为

V1=V0+amt1=1.75m/s。

设物块向右滑动经过时间t2相对小车静止,此后物块与小车有共同速度V,根据运动学公式,有                            V=V1+aMt2=amt2,

解得:                                                   t2=s。  …………1分

滑块在时间t2内的位移为s2=ams=m≈1.36m。(方向向右) …………1分

因此,滑块在小车上滑动的过程中相对地面的位移为

  s=s2-s1=m≈1.11m,方向向右。…………1分

(3)由(2)的结果,物块与小车的共同速度

V=m/s,

因此,物块在小车上相对小车滑动的过程中,系统的机械能增加量ΔE为

 ΔE=(m+M)V2-mv-MV≈17.2J。…………2分

练习册系列答案
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(08年茂名市二模)(16分)如图15所示,质量为 m、电量为+q的带电小球固定于一不可伸长的绝缘细线一端,绳的另一端固定于O点,绳长为,O点有一电荷量为+Q(Q>>q)的点电荷P,现加一个水平向右的匀强电场,小球静止于与竖直方向成θ=300角的A点。求:

(1)小球静止在A点处绳子受到的拉力;

(2)外加电场大小;

(3)将小球拉起至与O点等高的B点后无初速释放,则小球经过最低点C时,绳受到的拉力。

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(1)小球静止在A点处绳子受到的拉力;

(2) 外加电场大小;

(3)将小球拉起至与O点等高的B点后无初速释放,则小球经过最低点C时,绳受到的拉力

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如图15所示,质量为 m、电量为+q的带电小球固定于一不可伸长的绝缘细线一端,绳的另一端固定于O点,绳长为,O点有一电荷量为+Q(Q>>q)的点电荷P,现加一个水平向右的匀强电场,小球静止于与竖直方向成 θ=300角的A点。求:

 (1)小球静止在A点处绳子受到的拉力和外加电场大小;

(2)将小球拉起至与O点等高的B点后无初速释放,则小球经过最低点C时,绳受到的拉力。

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