(2007•广州一模)如图所示,在光滑水平地面上静放着质量mA=2kg的滑块A(可看成质点)和质量mB=4kg、长L=6

(2007•广州一模)如图所示,在光滑水平地面上静放着质量mA=2kg的滑块A(可看成质点)和质量mB=4kg、长L=6m的薄板B.设A、B间动摩擦因数为μ=0.2,且A、B之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等.因向B板施加水平拉力F=20N,F作用2s后撤去F,取g=10m/s2.求:
(1)拉力F所做的功.
(2)薄板B在水平地面上运动的最终速度.
thomsd5401 1年前 已收到1个回答 举报

journeyheart 幼苗

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解题思路:(1)分别对AB受力分析,求解出各自的加速度和位移,然后求解拉力的功;(2)撤去拉力后,滑块匀加速,木板匀减速,求解出分离时的速度,分离后以各自的速度做匀速直线运动.

(1)设力F作用时A、B相对静止地一起运动,
则它们的共同加速度a=
F
mA+mB=
20
(2+4)m/s2=3.3m/s2
而B对A最大静摩擦力使A产生的加速度aA=
μmAg
mA=μg=0.2×10m/s2=2m/s2
∵aA<a,故开始时A、B间发生相对运动
对于B:根据牛顿第二运动定律有 F-μmAg=mBaB
则B的加速度aB=
F−μmAg
mB=
20−0.2×2×10
4m/s2=4m/s2
若B板足够长,t=2s时A、B对地位移:SA=
1
2aAt2=
1
2×2×22m=4m
SB=
1
2aBt2=
1
2×4×22m=8m
则A、B间相对位移△S=SB-SA=8m-4m=4m<L=6m
说明t=2s时,撤去外力F时A未到达B的末端,
所以拉力做的功为:W=F•SB=20×8J=160J
(2)力F撤消瞬间,滑块A的速度 υA=aAt=2×2m/s=4m/s
板B的速度υB=aBt=4×2m/s=8m/s
在t=2s后,滑块A作初速度为υA=4m/s、aA=2m/s2的匀加速直线运动;板B作初速度为υB=8m/s、a′B=
μmAg
mB=
0.2×2×10
4=1m/s2的匀减速直线运动;
判断A、B能否以共同速度运动:
t=2s时A离B的末端SAB=6m-4m=2m,设A不会从B的末端滑出,且到达末端时与A有共同速度υ,从t=2s到达共同速度期间A、B间相对位移为S则:μmAgS=
1
2mA
υ2A+
1
2mB
υ2B−
1
2(mA+mB)υ2
根据动量守恒定律,有:mAυA+mBυB=(mA+mB)υ
代入数字解得:S=
8
3m>2m,所以A、B不可能有共同速度,A会从B的末端滑出;
求υ'B:设A滑离B时的速度为υ'A、B的速度为υ'B
有:μmAgSAB=
1
2mA
υ2A+
1
2mB
υ2B−(
1
2mAυ
′2A+
1
2mBυ
′2B)
mAυA+mBυB=mAυ'A+mBυ'B
代入数据,解得υ′B=
22
3m/s=7.33m/s或υ′B=6m/s舍去
答:(1)拉力F所做的功为160J.
(2)薄板B在水平地面上运动的最终速度7.33m/s.

点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

考点点评: 本题关键要判断滑块是否会相对滑动,还要判断滑块是否会从木板上滑下,分析清楚两个物体的运动规律,然后分过程运用牛顿第二定律、运动学公式、动量守恒定律列式后联立求解.

1年前

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