Question

如圖所示，木板A放在光滑水平地面上，A的質量為4kg，長度為4m．一物塊B從木板的左端沿上表面以6m/s的速度向右運動，到達木板的中點位置時與木板相對靜止，B的質量為2kg．若在木板靜止時將一個與B相同的物塊C放在木板的中點處，然后仍使B以6m/s的速度從木板的左端沿上表面向右運動．求：
（1）物塊B在木板A上滑動時，B與A間的滑動摩擦力大小為多少？
（2）在木板A上放有物塊C的情況下，物塊B經多長時間與物塊C發生碰撞？
（3）設B與C發生的碰撞為彈性碰撞，則物塊C能否滑離木板A？若能，請計算C滑離A時的速度；若不能，請計算最終C與B間的距離（“質量相等的兩個物體發生彈性碰撞時速度交換”的結論可以直接用）．

Answer 1

【答案】分析：（1）以A、B為研究對象，系統動量守恒，由動量守恒定律與能量守恒定律可以求出摩擦力大�。�
（2）應用牛頓第二定律與勻變速運動的位移公式可以求出時間．
（3）分析清楚運動過程，應用動量守恒定律與能量守恒定律分析答題．
解答：解：（1）地面光滑，A與B組成的系統動量守恒，
由動量守恒定律得：m_Bv=（m_A+m_B）v₁ ①，
物塊B在木板A上運動過程中有部分動能轉化為內能，
由能量守恒定律得：m_Bv²-（m_A+m_B）v₁²=f   ②，
解得：f=12N  ③；
（2）在木板A上放有物塊C的情況下，物塊B從左端開始向右運動時C與A保持相對靜止，
一起做勻加速運動，設加速度大小為a₁，物塊B做勻減速運動，設加速度大小為a₂，經過t時間B與C發生碰撞．
由牛頓第二定律得：對AC，f=（m_A+m_C）a₁ ④，對B：f=m_Ba₂ ⑤，
由勻變速運動的位移公式得：a₁t²+=vt-a₂t² ⑥，
解得：t=s  ⑦；
（3）假設物塊C不能滑離木板A，設B與C碰前瞬間B的速度為v₂，
A和C的速度為v₃，A、B、C相對靜止時的共同速度為v₄．
因為B與C質量相等且發生彈性碰撞，所以B與C碰后瞬間B的速度為v₃，
C的速度為v₂，木板A不參與碰撞作用，速度不變．B與C碰撞后，
B和A一起加速運動，C做減速運動．因為C與B是相同的物塊，
所以C與A間的摩擦力大小仍為12N．設B與C分別在木板A上發生的相對位移之和為s，
由動量守恒定律得：m_Bv=（m_A+m_B+m_C）v₄ ⑧，
由動能定理得：m_Bv²-（m_A+m_B+m_C）v₄²=fs  ⑨，
解得：s=2.25m，因為s=2.25m＜4m，所以物塊C不滑離木板．
C與B間的距離為BC=s-=2.25m-2m=0.25m  ⑩；
答：（1）物塊B在木板A上滑動時，B與A間的滑動摩擦力大小為12N；
（2）在木板A上放有物塊C的情況下，物塊B經s與物塊C發生碰撞．
（3）物塊C不能滑離木板A；最終C與B間的距離為0.25m．
點評：本題是一道力學綜合題，難度較大，本題的難度是物體運動過程的分析，分析清楚物體的運動過程，應用動量守恒定律、能量守恒定律、牛頓第二定律、運動學公式即可正確解題．