Question

如圖所示，質(zhì)量M=8kg的長木板放在光滑水平面上，在長木板的右端施加一水平恒力F=8N，當長木板向右運動速率達到v₁=10m/s時，在其右端有一質(zhì)量m=2kg的小物塊（可視為質(zhì)點）以水平向左的速率v₂=2m/s滑上木板，物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，小物塊始終沒離開長木板，g取10m/s²，求：
（1）經(jīng)過多長時間小物塊與長木板相對靜止；
（2）長木板至少要多長才能保證小物塊始終不滑離長木板；
（3）上述過程中長木板對小物塊摩擦力做的功．

Answer 1

分析：（1）小物塊滑上長木板后先做勻減速直線運動，然后做勻加速直線運動，在整個過程中加速度不變，當木塊與長木板速度相等時，兩者保持相對靜止．根據(jù)勻變速直線運動的速度公式求出經(jīng)歷的時間．
（2）小物塊放上木板后，在保持相對靜止時間內(nèi)的位移與木板的位移之差等于小物塊的相對位移，即為長木板至少的長度．
（3）摩擦力做功等于摩擦力乘以相對位移．

解答：解：（1）小物塊的加速度為a₂=μg=2m/s²，水平向右
長木板的加速度為：a₁=

F-μmg

M

=0.5 m/s²   水平向右
令剛相對靜止時他們的共同速度為v，以木板運動的方向為正方向
對小物塊有：v=-v₂+a₂t
對木板有：v=v₁+a₁t
聯(lián)立解得：t=8s；v=14m/s
故經(jīng)過8s小物塊與長木板保持相對靜止．
（2）此過程中小物塊的位移為：
x₂=

-v2+v

2

t=48m
長木板的位移為：x₁=

v1+v

2

t=96m
所以長木板的長度至少為：L=x₁-x₂=48m．
故長木板至少的長度為48m．
（3）由功的公式有：W_f=f?L=umgL=0.2×2×10×48J=192J．
答：（1）經(jīng)過0.8s小物塊與長木板相對靜止；
（2）長木板至少要48m才能保證小物塊始終不滑離長木板；
（3）上述過程中長木板對小物塊摩擦力做的功為192J．

點評：解決本題的關(guān)鍵知道小物塊滑上長木板后先做勻減速直線運動，然后做反方向的勻加速直線運動．長木板的至少長度等于物塊的位移和木板的位移之差．第三問以小物塊為研究對象，還可以應(yīng)用動能定理解答．