Question

如圖15所示，質(zhì)量M=8.0kg的小車放在光滑的水平面上，給小車施加一水平向右的恒力F=8.0N。當(dāng)向右運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到V₀=1.5m/s時(shí)，有一物塊以水平向左的初速度v₀=1.0m/s滑上小車的右端。小物塊的質(zhì)量m=2.0kg，物塊與小車表面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.20。設(shè)小車足夠長(zhǎng)，重力加速度g取10m/s²。

（1）物塊從滑上小車開始，經(jīng)過多長(zhǎng)的時(shí)間速度減小為零？

（2）求物塊在小車上相對(duì)小車滑動(dòng)的過程中，物塊相對(duì)地面的位移。

（3）物塊在小車上相對(duì)小車滑動(dòng)的過程中，小車和物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能變化了多少？

 

Answer 1

（1）0.5s        （2）1.11m,方向向右 （3）17.2J

            

解析:

(1)設(shè)物塊滑上小車后經(jīng)過時(shí)間t₁速度減為零，根據(jù)動(dòng)量定理

μmgt₁=mv，

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

    (2)物塊滑上小車后，做加速度為a_m的勻變速運(yùn)動(dòng)，根牛頓第二定律

μmg=ma_m，

解得：                                                             a_m=μg=2.0m/s²。

小車做加速度為a_M的勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律

F-μmg=Ma_M，

解得：                                                   a_M==0.5m/s²�！�………1分

設(shè)物塊向左滑動(dòng)的位移為s₁，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

s₁=v₀t₁-a_mt=0.25m,

當(dāng)滑塊的速度為零時(shí)，小車的速度V₁為

V₁=V₀+a_mt₁=1.75m/s。

設(shè)物塊向右滑動(dòng)經(jīng)過時(shí)間t₂相對(duì)小車靜止，此后物塊與小車有共同速度V，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，有                            V=V₁+a_Mt₂=a_mt₂，

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

滑塊在時(shí)間t₂內(nèi)的位移為s₂=a_ms=m≈1.36m。(方向向右) …………1分

因此，滑塊在小車上滑動(dòng)的過程中相對(duì)地面的位移為

  s=s₂-s₁=m≈1.11m,方向向右�！�………1分

(3)由(2)的結(jié)果，物塊與小車的共同速度

V=m/s，

因此，物塊在小車上相對(duì)小車滑動(dòng)的過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能增加量ΔE為

 ΔE=(m+M)V²-mv-MV≈17.2J�！�………2分