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如图4-6-9所示,光滑水平面上放一足够长的木板A,质量M=2 kg,小铁块B的质量m=1 kg,木板A和小铁块B之间的动摩擦因数μ=0.2,小铁块B以v0=6 m/s的初速度滑上木板A。取g=10 m/s2,求:

图4-6-9

(1)用外力固定木板,小铁块B在木板上滑行的距离;

(2)不固定木板A,小铁块B滑上木板之后要多长时间A、B相对静止?

(3)不固定木板A,若木板长4.5 m,则小铁块B在木板上滑行的时间为多少?

答案

解:(1)木板A固定时,B滑上木板A后受三力,如图4-6-10所示。由牛顿运动定律,得

f=μN=μmBg=mBa1

图4-6-10

得a1=μg=0.2×10 m/s2=2 m/s2

所以s=

m=9 m。

(2)木板A不固定时,B滑上木板A后仍受三力,如图4-6-10所示,而木板A则受四力,如图4-6-11所示。由牛顿运动定律,得f=μN=μmBg=mAa2

图4-6-11

    a2=μmBg/mA=0.2×1×10/2 m/s=1 m/s

    所以当B滑上木板A后B向右减速的同时A则向右加速直至A、B同速,而后一起匀速。

    而A、B同速时由vA=vB得a2t=v0-a1t即t=6-2t

    所以解得t=2 s。

(3)当A、B同速时

sA=

a2t2=×1×22 m=2 m

sB=v0t-

a1t2=(6×2-×2×22) m=8 m

所以Δs=sB-sA=(8-2) m=6 m>4.5 m

所以当木板A长LA=4.5 m时,小铁块B在与A共速前将滑离木板A。

所以当有铁块B滑离木板A时有sB=sA+LA

所以v0t-

a1t2=a2t2+LA

即6t-t2=

t2+4.5

解得t=1 s(另一解t=3 s>2 s不合题意,舍去)。


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