Question

10．如圖，在粗糙水平地面上靜止放置一塊質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板，有一個(gè)質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊以v₀=10m/s的水平初速度從左端沖上木板．已知從物塊開始運(yùn)動(dòng)到物塊與木板都靜止，經(jīng)歷的時(shí)間為12s，物塊在木板上滑過的距離為△s=20m，木板移動(dòng)的距離為s=24m．取g=10m/s²．求：
（1）木板的最大速度并作出木板、物塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖象；
（2）物塊質(zhì)量m與長(zhǎng)木板質(zhì)量M之比．

Answer 1

分析 （1）木板先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為12-t，設(shè)木板的最大速度為v，根據(jù)木板運(yùn)動(dòng)的位移求出最大速度，根據(jù)物塊在木板上滑行的位移求出相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，從而畫出木板、物塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖象．
（2）分別對(duì)物塊、木板和整體運(yùn)用牛頓第二定律，結(jié)合圖線求出加速度的大小，從而得出木塊和木板的質(zhì)量之比．

解答 解：（1）木板先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為12-t，設(shè)木板的最大速度為v，
則有：$\frac{v}{2}t+\frac{v}{2}（12-t）=s$
解得：v=$\frac{24}{6}=4m/s$，
物塊在木板上滑過的距離$△s=\frac{{v}_{0}+v}{2}t-\frac{v}{2}t$，
解得：t=4s
則木塊先勻減速運(yùn)動(dòng)4s，4s末速度為4m/s，木板先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)4s，速度為4m/s，后木塊和木板一起做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，12s末停止運(yùn)動(dòng)，
木板、物塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，如圖所示：

（2）設(shè)物塊沖上木板做勻減速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a₁，木板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a₂，達(dá)相同速度后一起勻減速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a，
根據(jù)牛頓第二定律對(duì)物塊：μ₁mg=ma₁，①
對(duì)木板：μ₁mg-μ₂（m+M）g=Ma₂，②
對(duì)整體：μ₂（m+M）g=（M+m）a，③
由圖象得：
a₁=1.5m/s²，a₂=1m/s²，a=0.5m/s²．
由以上各式解得：
m：M=3：2．
答：（1）木板的最大速度為4m/s，木板、物塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，如圖所示；
（2）物塊質(zhì)量m與長(zhǎng)木板質(zhì)量M之比為3：2．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵理清物塊和木板的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合牛頓第二定律和圖象進(jìn)行求解．知道圖線的斜率表示加速度，難度適中．