如图所示,在倾角为θ的足够长的斜面上,有一质量为M的长木板.开始时,长木板上有一质量为m的小铁块(视为质点)以相对地面的初速度v0从长木板的中点沿长木板向下滑动,同时

发布时间:2020-08-09 11:52:31

如图所示,在倾角为θ的足够长的斜面上,有一质量为M的长木板.开始时,长木板上有一质量为m的小铁块(视为质点)以相对地面的初速度v0从长木板的中点沿长木板向下滑动,同时长木板在沿斜面向上的拉力作用下始终做速度为v的匀速运动(已知v0>v),小铁块最终跟长木板一起向上做匀速运动.已知小铁块与木板、木板与斜面间的动摩擦因数均为μ(μ>tanθ),试求:
(1)小铁块在长木板上滑动时的加速度大小和方向?
(2)长木板至少要有多长?
(3)小铁块从中点开始运动到最终匀速运动的过程中拉力做了多少功?

网友回答

解:(1)小铁块在长木板上滑动时受到重力、木板的支持力和沿板向上的滑动摩擦力作用,设小铁块的加速度大小为a,对小铁块受力分析有(取沿斜面向上为正):
? μmgcosθ-mgsinθ=ma???????????????????????????
得?a=g(μcosθ-sinθ)???????????????????????????????????
因为μ>tanθ,所以小铁块与木板有相对滑动时的加速度沿斜面向上.
(2)小铁块先沿斜面向下匀减速至速度为零再沿斜面向上匀加速,最终获得稳定速度v,设t后小铁块达到稳定速度,则
? v-(-v0)=at
得?t=??????????????????????
设此段时间内小铁块的位移为s1,木板的位移为s2,有:
?????方向沿斜面向下(式中v0>v)??????????
s2=vt     方向沿斜面向上???????????????????
∵s1+s2??????????????????????????????
∴L≥2(s1+s2)=??????????
(3)对木板M受力分析知拉力为恒力:F=μ(m+M)gcosθ+μmgcosθ+Mgsinθ??
则由W=Fs2=Fvt得:
W=(v0+v)v=
答:
(1)小铁块在长木板上滑动时的加速度大小是g(μcosθ-sinθ),方向沿斜面向上.
(2)长木板至少长.
(3)小铁块从中点开始运动到最终匀速运动的过程中拉力做功为.
解析分析:(1)小铁块在长木板上滑动时受到重力、木板的支持力和摩擦力作用,根据牛顿第二定律求解加速度.
(2)小铁块先沿斜面向下匀减速至速度为零再沿斜面向上匀加速,最终跟长木板一起向上做匀速运动.由于铁块变速运动过程的加速度一定,看成一种匀减速运动,取沿斜面向上方向为正方向,此过程的初速度为-v0,末速度为v,由速度公式可求出时间.由位移公式分别此段时间内小铁块的位移s1和木板的位移s2,由几何关系得,长木板的长度应满足:s1+s2,即可求解长木板的最小的长度L.
(3)长木板始终沿斜面向上做匀速运动,由平衡条件求出拉力F,再求解其做功.

点评:本题是两个物体多个过程的问题,分析物体的运动过程是基础,把握临界条件是解题的关键.
以上问题属网友观点,不代表本站立场,仅供参考!