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如图10所示,在水平地面上放置一块质量为M的长平板B,在平板的上方某一高度处有一质量为m的物块P由静止开始落下。在平板上方附近存在“相互作用”的区域(如图中虚线所示区域),当物块P进入该区域内,B便会对P产生一个竖直向上的恒力F作用,使得P恰好不与B的上表面接触,且F=kmg,其中k=11。在水平方向上PB之间没有相互作用力。已知平板与地面间的动摩擦因数μ=2.0×10-3,平板和物块的质量之比M/m=10。在P开始下落时,平板B有向左运动的速度v0=0.20m/s,P从开始下落到进入相互作用区域经历的时间t0=0.50 s。设平板B足够长,保证物块P总能落到B板上方的相互作用区域内,忽略物块P受到的空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2。求:

图10

(1)物块P从开始下落到第一次回到初始位置所经历的时间。

(2)从物块P开始下落到平板B的运动速度减小为零的这段时间内,P能回到初始位置的次数。

答案

解:(1)设物块P进入相互作用区域时的速度为v1,根据动量定理

mv1 = mgt0,

物块P从进入相互作用区域到速度减小为零的过程中,受到重力和平板的相互作用,设物块在相互作用区域内下落的加速度为a,根据牛顿第二定律

mg-kmg=ma,

设在相互作用区域内的下落时间为t,根据运动学公式

a =

而物块从开始下落到第一次回到初始位置的时间 

T =2(t+t0),

由上各式解得 T =t0 =1.1 s。

(2)设在一个运动的周期T内,平板B的速度减小量为Δv,根据动量定理

μMg·2t0 +μ(Mg+F)·2t = MΔv,

解得Δv = = 2.4×10-2m/s。

P回到初始位置的次数n = =8.3。

n应取整数,即n =8。

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