一平板车,质量M=100千克,停止在水平路面上,车身的平板离地面的高h=1.25米,一质量m=50千克的小物块置于车的平板上,它到车尾端的距离b=2.00米,与车板间的滑动摩擦系数μ=0.20,如图所示,今对平板车施一水平方向的恒力,使车向右行驶,结果物块从车板上滑落,物块刚离开车板的时刻,车向右行驶的距离S0=3.0米,求物块落地时,落地点到车尾的水平距离S,(不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦,取g=10米/秒2)
网友回答
解:(1)以m为研究对象进行分析,m在水平方向只受一个摩擦力f的作用,f=μmg,
? 根据牛顿第二定律知f=ma1??
? a1=μg=0.20×10m/s2=2m/s2??
如图,
m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,sAB=s0-b=1.00m,
运动到B点的速度υB为:υB=m/s=2m/s??
物块在平板车上运动时间为t1==s=1s,在相同时间里平板车向前行驶的距离s0=3.0m,则:s0=a2t12,
所以平板车的加速度:a2===6m/s2???
此时平板车的速度为:v2=a2t1=6×1=6m/s???
(2)m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,落到C的水平距离为s1,下落时间为t2,
则 h=gt22??????
?t2==0.5s??
?s1=vBt2=2×0.5m=1.0 m????????????
对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,平板车加速度为a2,由牛顿第二定律得:F-f=Ma2
则有:F=Ma2+f=(100×4+0.2×50×10)N=500N??????
当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,而做加速度为a3的匀加速运动,
由牛顿第二定律得:F=Ma3 ??即a3==5m/s2
在m从B滑落到C点的时间t=0.5s内,M运动距离s2为:s2=v2t+a3t2=3.625m
物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为:
s=s2-s1=(3.625-1)m=2.625m??????
答:物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为2.625m.
解析分析:以m为研究对象进行分析,m在车板上的水平方向只受一个摩擦力f的作用,所以m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求出运动到B点的速度、位移等,以小车为研究对象,求出平板车的速度;m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,根据平抛运动的基本公式求出运动的时间和位移,对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,做匀加速直线运动,分别根据运动学基本公式求出位移,进而可求得物块落地时,落地点到车尾的水平距离s
点评:该题涉及到相对运动的过程,要求同学们能根据受力情况正确分析运动情况,并能熟练运用运动学基本公式解题,难度较大.