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如图甲所示,小车B静止在光滑水平面上,一个质量为m的铁块A(可视为质点),以水平速度v04.0 m/s滑上小车B的左端,然后与小车右挡板碰撞,最后恰好滑到小车的中点,已知=3,小车车面长L=1 m。设A与挡板碰撞无机械能损失,碰撞时间可忽略不计,g取10 m/s2,求:

           

甲                                            乙

(1)A、B最后速度的大小;

(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数;

(3)铁块A与小车B的挡板相碰撞前后小车B的速度,并在图乙坐标中画出A、B相对滑动过程中小车B相对地面的速度v-t图线。

答案

解:(1)对A、B系统,由动量守恒定律:Mv0=(M+m)v

得v==1 m/s。

(2)A、B系统,由能的转化和守恒,对全过程有

μmg1.5L=mv02 (M+m)v2

解得 μ==0.4。

(3)设A、B碰撞前速度分别为v10和v20对系统动量守恒  mv0=mv10+Mv20

对系统能量转化和守恒

μmgL=mv02-mv102-Mv202

代入数据联立方程,解得

v10=(1+)m/s=2.732 m/s (舍v10=1-=-0.732 m/s)

v20=1-=0.423 m/s

该过程小车B做匀加速运动,μmg=MaM

am=m/s2

v20= amt1 t1=0.317 s

A、B相碰,设碰后A、B的速度为v1和 v2

A、B对系统动量守恒  mv0=mv1+Mv2

对系统机械能守恒

mv102+Mv202=mv12+Mv22

代入数据联立方程,解得

v1=(1-)m/s=-0.732 m/s〔舍v1=(1+)m/s〕

“-”说明方向向左

v2=(1+)m/s=1.577 m/s

该过程小车B做匀减速运动,-μmg=Mam

am=-m/s2

到最终相对静止 v= v2+amt2

t2=0.433 s

所以,运动的总时间为t=t1+t2=0.75 s

小车B的v-t图如下图所示。


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