质量M=10kg的B板上表面上方,存在一定厚度的相互作用区域,如图中划虚线的部分,当质量m=1kg的物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力f作用于P,f=kmg

发布时间:2020-08-13 09:19:57

质量M=10kg的B板上表面上方,存在一定厚度的相互作用区域,如图中划虚线的部分,当质量m=1kg的物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力f作用于P,f=kmg,k=51,f对P的作用使P刚好不与B的上表面接触;在水平方向,P、B之间没有相互作用力.已知物块P开始自由下落的时刻,B板向右运动的速度为v0=10m/s.P从开始下落到刚到达相互作用区所经历的时间为T0=2.0s.设B板足够长,B板与水平面间的动摩擦因数μ=0.02,为保证物块P总能落入B板上方的相互作用区,问:当B刚好停止运动时,P已经回到过初始位置几次?(g=9.8m/s2)

网友回答

解:根据题意,在物块P从开始下落至刚要进入相互作用区的时间T0内,板在摩擦力作用下的加速度
板速度的减少量△v1=aT0即△v1=μgT0
代入数据,得△v1=0.392m/s
物块P进入相互作用区后,便受到板的向上作用力,因而做减速运动.
物块P刚进入相互作用区的速度v0=gT0
设在相互作用区内物块P做减速运动的加速度为a,
则由题给条件可知
经历时间T,物块刚要到达B板上表面,则有?v0=aT
由以上三式解得
在T时间内,B板受到的摩擦力为??μ(Mg+kmg),
在摩擦力作用下的B板加速度
在这段时间内,B板速度的减少量△v2=a2T

代入数据,解得
当物块P的速度减到零后,又开始以加速度a向上做加速运动,经历时间T,跑出相互作用区,在这段时间内,B板减少的速度仍是△v2;
物块P离开相互作用区后,做加速度为g的减速运动,经历时间T0,回到初始位置,在这段时间内,B板减少的速度为△v1,以后物块又从起始位置自由落下,重复以前的运动,B板的速度再次不断减少.
总结以上分析可知:
每当物块P完成一次从起始位置自由下落,进入相互作用区后又离开相互作用区,最后回到起始位置的过程中,
B板速度减少的总量为△v=2△v1+2△v2
代入△v=0.8796m/s
设在物块P第n次回到起始位置时刻,B板的速度为vn,则有vn=v0-n△v,n越大,vn越小.
设当n=n0时,vn已十分小,致使在物块P由n=n0到n=n0+1的过程中的某一时刻,B板的速度已减至零,
若仍用上式,则表示当n=n0时,vn0>0;当n=n0+1时,vn0+1<0,
即有??v0-n0△v>0,v0-(n0+1)△v<0
代入有关数据,得?n0<11.37,n0>10.37
因为为整数,故有n0=11,即当B开始停止运动的那一时刻,P已经回到过初始位置11次???
答:当B刚好停止运动时,P已经回到过初始位置11次.
解析分析:物体P自由落体运动阶段和减速阶段,物块B的加速度不同,根据牛顿第二定律求解出两过程B的加速度,然后根据速度时间关系公式求解末速度,并进一步得到速度的改变量;物体P从最低点返回到最高点过程与下降过程具有对称性,即从最高点释放到返回最高点是一个最小周期,此后重复这种过程.

点评:本题关键明确物体P与木板B的运动规律,然后分阶段分别对物体P和B受力分析,求解加速度,运用运动学公式列式求解,较难.
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