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(2006?蓟县模拟)如图所示,木板A放在光滑水平地面上,A的质量为4kg,长度为4m.一物块B从木板的左端沿上表面以6m/s的速度向右运动,到达木板的中点位置时与木板相对静止,B的质量为2kg.若在木板静止时将一个与B相同的物块C放在木板的中点处,然后仍使B以6m/s的速度从木板的左端沿上表面向右运动.求:
(1)物块B在木板A上滑动时,B与A间的滑动摩擦力大小为多少?
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B经多长时间与物块C发生碰撞?
(3)设B与C发生的碰撞为弹性碰撞,则物块C能否滑离木板A?若能,请计算C滑离A时的速度;若不能,请计算最终C与B间的距离(“质量相等的两个物体发生弹性碰撞时速度交换”的结论可以直接用).
分析:(1)以A、B为研究对象,系统动量守恒,由动量守恒定律与能量守恒定律可以求出摩擦力大小.
(2)应用牛顿第二定律与匀变速运动的位移公式可以求出时间.
(3)分析清楚运动过程,应用动量守恒定律与能量守恒定律分析答题.
解答:解:(1)地面光滑,A与B组成的系统动量守恒,
由动量守恒定律得:mBv0=(mA+mB)v1 ①,
物块B在木板A上运动过程中有部分动能转化为内能,
由能量守恒定律得:
1
2
mBv02-
1
2
(mA+mB)v12=f 
L
2
  ②,
解得:f=12N  ③;
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B从左端开始向右运动时C与A保持相对静止,
一起做匀加速运动,设加速度大小为a1,物块B做匀减速运动,设加速度大小为a2,经过t时间B与C发生碰撞.
由牛顿第二定律得:对AC,f=(mA+mC)a1 ④,对B:f=mBa2 ⑤,
由匀变速运动的位移公式得:
1
2
a1t2+
L
2
=v0t-
1
2
a2t2 ⑥,
解得:t=
13
-3
2
s  ⑦;
(3)假设物块C不能滑离木板A,设B与C碰前瞬间B的速度为v2,
A和C的速度为v3,A、B、C相对静止时的共同速度为v4.
因为B与C质量相等且发生弹性碰撞,所以B与C碰后瞬间B的速度为v3,
C的速度为v2,木板A不参与碰撞作用,速度不变.B与C碰撞后,
B和A一起加速运动,C做减速运动.因为C与B是相同的物块,
所以C与A间的摩擦力大小仍为12N.设B与C分别在木板A上发生的相对位移之和为s,
由动量守恒定律得:mBv0=(mA+mB+mC)v4 ⑧,
由动能定理得:
1
2
mBv02-
1
2
(mA+mB+mC)v42=fs  ⑨,
解得:s=2.25m,因为s=2.25m<4m,所以物块C不滑离木板.
C与B间的距离为BC=s-
L
2
=2.25m-2m=0.25m  ⑩;
答:(1)物块B在木板A上滑动时,B与A间的滑动摩擦力大小为12N;
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B经
13
-3
2
s与物块C发生碰撞.
(3)物块C不能滑离木板A;最终C与B间的距离为0.25m.
点评:本题是一道力学综合题,难度较大,本题的难度是物体运动过程的分析,分析清楚物体的运动过程,应用动量守恒定律、能量守恒定律、牛顿第二定律、运动学公式即可正确解题.
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92
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