Question

13．如圖，一塊質(zhì)量為M=2kg，長L=1m的勻質(zhì)木板放在足夠長的光滑水平桌面上，初始時速度為零．板的最左端放置一個質(zhì)量m=1kg的小物塊，小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2，小物塊上連接一根足夠長的水平輕質(zhì)細繩，細繩跨過位于桌面邊緣的定滑輪（細繩與滑輪間的摩擦不計，木板與滑輪之間距離足夠長，g=10m/s²）．
（1）若木板被固定，某人以恒力F=4N向下拉繩，則小木塊滑離木板時的速度大�。�
（2）若不固定木板，某人仍以恒力F=4N向下拉繩，則小木塊滑離木板時的速度大�。�
（3）若人以恒定速度v₁=1m/s向下勻速拉繩，同時給木板一個v₂=0.5m/s水平向左的初速度，試判定木塊能否滑離木板；若能滑離，請求出木塊滑離木板所用的時間；若不能請說明理由．

Answer 1

分析 對m進行受力分析，求出其合力和加速度．運用運動學(xué)公式求出小木塊滑離木板所需要的時間，然后由v=at求出速度．
若木板不固定，分析M、m的運動過程，分別求出M、m的加速度，運用運動學(xué)公式求出小木塊滑離木板所需要的時間，然后由v=at求出速度．
若人以恒定速度v₁=1m/s向下勻速拉繩，分析木板的運動情況，牛頓第二定律結(jié)合運動學(xué)公式解決問題．

解答 解：（1）對小物塊受力分析，由牛頓第二定律得：m受到的合力F_合=μmg=ma
可得：a=μg=2m/s²
運動學(xué)公式s=$\frac{1}{2}{a}_{1}{t}_{1}^{2}$ 
 代入數(shù)據(jù)可得t₁=ls
物塊的速度：v=at₁=2×1=2m/s
（2）對小物塊、木板受力分析，由牛頓第二定律得：
對m：F-μmg=ma₁，
對M：μmg=Ma₂         
可得：a₁=2m/s²，a₂=1m/s²
物塊的位移s₁=$\frac{1}{2}$a₁t²，木板的位移s₂=$\frac{1}{2}$a₂t²
m相對于M向右運動，
所以s₁-s₂=L  
由以上三式可得t=$\sqrt{2}$s  
物塊的速度：v′=a₁t=2×$\sqrt{2}$=2$\sqrt{2}$m/s
（3）若人以恒定速度v₁=1m/s向下勻速拉繩，木板向左做勻減速運動，
對M而言，由牛頓第二定律得：μmg=Ma₃
可得：a₃=1m/s²，方向向右，
物塊m向右勻速運動，其位移為x₃=v₁t   
木板向左的位移為x₄=v₂t-$\frac{1}{2}$a₃t²
m和M沿相反方向運動，
所以得x₃+x₄=L 
由以上三式可得t=1s 
答：（1）若木板被固定，某人以恒力F=4N向下拉繩，則小木塊滑離木板時的速度大小2m/s；
（2）若木板不固定，某人仍以恒力F=4N向下拉繩，則小木塊滑離木板時的速度大小2$\sqrt{2}$m/s；
（3）木塊滑離木板所用的時間是1s．

點評 加速度始終是聯(lián)系運動和力的橋梁．求加速度是解決有關(guān)運動和力問題的基本思路，正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題的關(guān)鍵．當問題涉及幾個物體時，我們常常將這幾個物體“隔離”開來，對它們分別進行受力分析，根據(jù)其運動狀態(tài)，應(yīng)用牛頓第二定律或平衡條件列式求解．