如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A.车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车板之间的动摩擦因数为μ,而C与车板之间的动摩擦因数为2μ,开始时B、C分别从车板的

◎ 题目

如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A.车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车板之间的动摩擦因数为μ,而C与车板之间的动摩擦因数为2μ,开始时B、C分别从车板的左、右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行.经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞.已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g.设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力.
(1)求开始运动到C、A的速度达到相等时的时间;
(2)求平板车平板总长度;
(3)已知滑块C最后没有脱离平板,求滑块C最后与车达到相对静止时处于平板上的位置.
魔方格

◎ 答案


(1)设A、B、C三个物体的质量都为m,从开始到C、A的速度达到相等的过程所用时间为t,C、A相等的速度为vC,根据动量定理得
 对C:-2μmgt=mvC-mv0
 对A:(2μmg-μmg)t=mvC
联立解得,t=
v0
3μg
,vC=
1
3
v0

(2)对B,由动量定理得,
-μmgt=mvB-mv0
得到,vB=
2
3
v0

对C:xC=
v0+vC
2
t

对B:xB=
v0+vB
2
t

平板车平板总长度L=xB+xC
解得,L=
v20
2μg

(3)对A:xA=
xAt
2
=
v20
18μg
,A、B、C三者的位移和末速度分别为:xA=
v20
18μg
,方向向左;
xB=
5
v20
18μg
,方向向右;xC=
2
v20
9μg
,方向向左.
vA=vC=
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