牛顿第二定律 板块模型

刚月考完,爆零了。
于是怒做了几道高考压轴物理题,以解心头之烦闷。
(文化课竞赛双不行选手
注:bd 表示木板。


1.如图,两个滑块 \(A\)\(B\) 的质量分别为 \(m_A=1\rm kg\)\(m_B=5 \rm kg\),放在静止于水平地面上的木板的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为\(μ_1=0.5\);木板的质量为\(m=4\rm kg\),与地面间的动摩擦因数为\(μ_2=0.1\)。某时刻\(A\)\(B\)两滑块开始相向滑动,初速度大小均为\(v_0=3\rm m/s\)\(A\)\(B\)相遇时,\(A\)与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度大小 \(g=10 \rm m/s^2\)。求(1)\(B\) 与木板相对静止时,木板的速度;(2)\(A\)\(B\)开始运动时,两者之间的距离。

解:(1)对于\(A\),有\(a_A=\mu_1g=0.5\rm m/s^2\),方向向右,对\(B\),有\(a_B=\mu_1g=0.5\rm m/s^2\),方向向左。
由于 \(m_B>m_A\),根据人类智慧,木板应向右滑动,则有 \(\mu_1m_Bg-\mu_1m_Ag-\mu_2(m+m_A+m_B)g=ma_1\),得 \(a_1=2.5\rm m/s^2\),方向向右。
那么 \(B\) 与木板共速时,有 \(t_1=0.4{\rm s},v=1\rm m/s\)。此时 \(B\) 相对木板静止,突变为静摩擦力,而 \(A\) 受力不变。
此时将 \(B\) 与木板整体分析,有 \(\mu_1m_Ag+\mu_2(m+m_A+m_B)g=(m+m_B)a_2\),得 \(a_2=\dfrac{5}{3}\rm m/s^2\),方向向左。
当木板与 \(A\) 共速时有 \(t_2=0.3{\rm s},v=0.5\rm m/s\)
(2)当 \(t_1=0.4\rm m/s\) 时,\(x_A=t_1(v_0+v)/2=0.8\rm m\)\(x_{\rm bd}=vt_1/2=0.2\rm m\),则 \(L_1=0.8-0.2=0.6\rm m\)
此时 \(x_A=0.8\rm m\)(向左),则 \(L_2=0.8+0.2=1\rm m\)
\(t_2=0.3\rm s\) 时,\(x_{A1}=t_2(v-v')/2=3/40\rm m\)\(x_{\rm bd1}=t_2(v+v')/2=9/40\rm m\)\(L_3=0.3\rm m\)
因此 \(L=L_1+L_2+L_3=1.9\rm m\)

\(\rm\LaTeX\) 真nm难打……写纸上算了……(本文完……

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