Question

（2013?南昌二模）有一個(gè)冰上推木箱的游戲節(jié)目，規(guī)則是：選手們從起點(diǎn)開始用力推箱一段時(shí)間后，放手讓箱向前滑動(dòng)，若箱最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)，視為成功；若箱最后未停在桌上有效區(qū)域內(nèi)就視為失敗．其簡(jiǎn)化模型如圖所示，AC是長(zhǎng)度為L(zhǎng)₁=7m的水平冰面，選手們可將木箱放在A點(diǎn)，從A點(diǎn)開始用一恒定不變的水平推力推箱，BC為有效區(qū)域．已知BC長(zhǎng)度L₂=lm，木箱的質(zhì)量m=50kg，木箱與冰面間的動(dòng)摩擦系數(shù)u=0.1．某選手作用在木箱上的水平推力F=200N，木箱沿AC做直線運(yùn)動(dòng)，若木箱可視為質(zhì)點(diǎn)，g取l0m/s²．那么該選手要想游戲獲得成功，試求：
（1）推力作用在木箱上時(shí)的加速度大�。�
（2）推力作用在木箱上的時(shí)間滿足什么條件？

Answer 1

分析：受力分析后，先根據(jù)牛頓第二定律求解出瓶子加速和減速時(shí)的加速度，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系列式求解出瓶子恰好滑動(dòng)到B點(diǎn)和C點(diǎn)時(shí)推力的作用時(shí)間，進(jìn)而求出時(shí)間范圍．

解答：解：（1）力F作用時(shí)瓶的加速度為a₁，根據(jù)牛頓第二定律得：
a1=

F-μmg

m

=

200-0.1×500

50

=3m/s2
（2）要想獲得游戲成功，瓶滑到C點(diǎn)速度正好為0，力作用時(shí)間最短，瓶滑到C點(diǎn)速度正好為0，力作用時(shí)間最長(zhǎng)，設(shè)力作用時(shí)間為t，時(shí)刻的速度為v，力停止后加速度為a₂，由牛頓第二定律得：
μmg=ma₂
解得：a2=1m/s2
且v=a₁t
加速運(yùn)動(dòng)過程中的位移x1=

1

2

 a1t2      
減速運(yùn)動(dòng)過程中的位移x2=

v2

2a2

x2=

(a1t)2

2a2

=

9

2

 t2
要使木箱停止有效區(qū)域內(nèi)，則需滿足
L₁-L₂≤x₁+x₂≤L₁
解得：1s≤t≤

7 6

s
答：（1）推力作用在木箱上時(shí)的加速度大小為3m/s²；
（2）推力作用在木箱上的時(shí)間滿足的條件為1s≤t≤

7 6

s．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵找出臨界情況，求出加速度后，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系列式求解．