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如图所示,在光滑水平桌面上放有长木板CC的右端有固定挡板P,木板C的长度为2L。另有小物块AB可以在长木板上滑动,AC之间和BC之间的动摩擦因数相同,AC之间和BC之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。AB的尺寸以及P的厚度皆可忽略不计, ABC(连同挡板P)的质量皆为m

1C被固定在桌面上,B静止放在木板C的中央,A以初速度v0从左端冲上木板C,物块A刚好能碰到B,求AC之间的动摩擦因数;

2)若C未被固定在桌面上,开始时B静止放在木板C的中央,A以初速度从左端冲上木板C

a.要使物块AB能相碰,初速度应满足的条件是什么?

b.若物块AB发生碰撞过程的时间极短,且碰撞过程中没有机械能损失,要使物块B能够与挡板P发生碰撞,初速度应满足的条件是什么?

答案

1)木板C固定,物块A从左端冲上木板C,刚好能碰到B,物块A在水平方向只受滑动摩擦力,由动能定理

   可得

2a木板C不固定,当物块A以初速度v0冲上木板且向右运动时,A受到木板C施加的大小为μmg的滑动摩擦力而减速,木板C受到A施加的大小为μmg的方向向右的滑动摩擦力。此时BC之间应该没有相对滑动,一起向右加速运动。说明如下:

假设BC间有相对运动,则BC有滑动摩擦力大小为μmg的方向向左,那么CAC向右的滑动摩擦力和BC的摩擦力的共同作用下,应静止,显然是不符合实际的。BC施的静摩擦力作用下,和C一起向右加速运动。

AB刚好不能相碰,即A滑到木板C的中央,与B刚好接触且速度相同,设为v1。对于ABC组成的系统,因为B与木板C的速度相同,可得

                              m =3 m v1                          

在此过程中,设木板C向右运动的位移为s1,则物块A运动的位移为s1+L,如图所示。由动能定理有

                            

                                           

可得  

                 

由(1)结论可得

物块AB能相碰的条件是

b.当物块A的初速度足够大时,AB能发生碰撞,设碰撞前的瞬间,ABC三者的速度分别为vAvBvC,有

vAvBvB=vC                                                

     AB发生碰撞时间极短,碰撞过程中,AB组成的系统动量守恒,因  AB间碰撞过程中没有机械能损失,质量又相等,因此AB碰撞前后交换速度。碰撞后瞬间,ABC三者的速度分别设为vA’、vB’、vC’,有

     vB= vAvA=vB vC= vC                                         

这样,AC速度相等,二者保持相对静止,vB> vA(=vC)BC上继续向右滑动,B的速度逐渐减小,CA的速度逐渐增大。

若物块B刚好与挡板P不发生碰撞,也就是说B以速度vB’从C板的中央滑动到挡板P处时,BC(包括A)的速度变为相同,设为v2,由动量守恒定律可得

                              m =3 m v2                            

A以初速度v0开始冲上C,与B发生碰撞后,AC相对静止,B到达P处这一过程中,ABC组成的系统相互作用过程中的功能关系有

                                          

⑦、⑧两式可得

                

由(1)结论可得

物块BP能相碰的条件是

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