Question

【題目】如圖所示，在光滑的水平地面上有一平板小車質量為M=2kg，靠在一起的滑塊甲和乙質量均為m=1kg，三者處于靜止狀態(tài)。某時刻起滑塊甲以初速度v1=2m/s向左運動，同時滑塊乙以v2=4m/s向右運動。最終甲、乙兩滑塊均恰好停在小車的兩端。小車長L=9.5m，兩滑塊與小車間的動摩擦因數(shù)相同，（g取10m/s2，滑塊甲和乙可視為質點）求：

(1)最終甲、乙兩滑塊和小車的共同速度的大小;

(2)兩滑塊與小車間的動摩擦因數(shù)；

(3)兩滑塊運動前滑塊乙離右端的距離。

Answer 1

【答案】（1）0.5m/s （2）0.1 （3）7.5m

【解析】

（1）兩滑塊與小車組成的系統(tǒng)動量守恒，以向右為正方向，由動量守恒定律得

解得

v=0.5m/s

（2）對整體由能量守恒定律得

解得：

（3）經(jīng)分析，滑塊甲運動到左端時速度剛好減為0，在滑塊甲運動至左端前，小車靜止，之后滑塊甲和小車一起向右做勻加速運動到三者共速。

法一：應用動能定理

甲、乙從開始運動到最終兩滑塊均恰好停在小車的兩端的過程中，設滑塊乙的對地位移為，滑塊甲和小車一起向右運動的位移為。

由動能定理對滑塊乙有

　

對滑塊甲和小車有

　　　　　　　　

滑塊乙離右端的距離

　　　　　　　　　　

解得：

s=7.5m

法二：應用動量定理

甲、乙從開始運動到最終兩滑塊均恰好停在小車的兩端的過程中，設滑塊乙的運動時間為，滑塊甲向左運動至小車左端的時間為。

由動量定理對滑塊乙有

　　　　

對滑塊甲

　　　　 　　　　

滑塊甲和小車一起向右運動的時間為

由運動學公式滑塊乙離右端的距離：

解得：

s=7.5m　　　

法三：轉換研究對象，以甲為研究對象

設滑塊甲離左端距離為，

由牛頓第二定律得

　

由速度位移公式

　　　

解得：

　　　　　　　

滑塊乙離右端的距離