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如图所示,质量为M=6 kg的滑板静止在光滑水平面上,滑板的右端固定一轻弹簧.在滑板的最左端放一可视为质点的小物体A,弹簧的自由端C与A相距L=1 m.弹簧下面的那段滑板是光滑的,C左侧的那段滑板是粗糙的,物体A与这段粗糙滑板间的动摩擦因数为μ=0,2,A的质量m=2 kg.滑板受到水平向左恒力F作用1 s后撤去,撤去水平力F时A刚好滑到C处,g取10m/s2,求:

(1)恒力F作用的这1 s内小物体A的加速度为多大?位移为多大?

(2)作用力F的大小;

(3)A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能Ep

(4)试分析判断在F撒去后,小物体能否与滑板相分离?若能,分离后物体和滑板的速度各为多大?若不能,小物体将停止在滑板上的什么位置?

答案

解:(1)用字母B表示滑板,在这1 s内滑板B和小物体A均向左做匀加速运动,对A有aA=μg=0.2×10=2m/s2   

sAaAt2×2×121 m   

(2)这1 s内滑板B的位移为sB=sA+L=1+1=2m

对B有sB=aBt2  aB==4 m/s2

F-μmg=MaB  

则F=28N

(3)撤去水平力F时,A,B的速度

vAO-aAt=2m/s  2m/s  vBO=aBt=4  m/s  

当A、B速度相等时弹簧的弹性势能最大,根据动量守恒有mvAO+MvBO=(m+M)v  

则vm/s

所以Ep=(m+M)v2=3 J

(4)撤去F后,当弹簧恢复原长过程中,A,B动量,能量守恒

mvAO+MvBO=mvA+MvB  

所以vA=5m/s  vB=3m/s

之后A做减速运动,B做加速运动,没它们达到

共同速度v′

根据动量守恒可知v′=v=m/s  

由动能定理有-μmgsA=Mv′2

μmgsB=Mv′2-M  

所以sAm  sB=m

Δs=sA-sB==0.75 m  

因此两者不会分离,小物体将停在距C点0.75m处.

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