如图所示,三块木板A、B、C的质量均为m,长度均为L.A、B置于水平地面上,它们的间距s=2m.C置于B板的上端并对齐.A、B、C之间及A、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.2,最大静

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,三块木板A、B、C的质量均为m,长度均为L.A、B置于水平地面上,它们的间距s=2m.C置于B板的上端并对齐.A、B、C之间及A、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.2,最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力.开始时,三个物体处于静止状态.现给A施加一个水平向右,大小为
3
5
mg
的恒力F,假定木板A、B碰撞时间极短且碰撞后粘连在一起,最终C没有脱离A板,g取10m/s2
(1)最终A、B、C的速度是多少?
(2)要使C完全离开B并不脱离木板A,每块木板的长度应满足什么条件?
魔方格

◎ 答案

(1)一开始A与水平地面之间的滑动摩擦力f1=μmg,A在F的作用下向右加速运动.
由动能定理得  (F-f1)s=
1
2
m
v21

A、B两木块的碰撞瞬间,内力的冲量远大于外力的冲量,由动量守恒定律得
m v1=(m+m)v2                               ②
碰撞结束后到三个物体达到共同速度的相互作用过程中,设AB整体、C向前移动的位移分别为s1、s2,受滑动摩擦力分别为f2=3μmg、f3=μmg,选三个物体构成的整体为研究对象,外力之和为零,则
2mv2=(2m+m)v3 ③
解①②③得v3=
2
3

μgs
,再代入数据可得v3=
4
3
m/s                 ④
所以最终A、B、C的速度是
4
3
m/s
(2)对于AB整体   (F-f2)s1-f3s1=
1
2
×2m
v23
-
1
2
×2m
v22

对于C       f3 s2=
1
2
m
v23

C相对于AB的位移为S3,由几何关系得   2 L+S2+S3=S1+2 L      ⑦
②③④⑤⑥解得S3=
1
3
S
,再代入数据可得   S3=m                ⑧
要使C刚好完全离开B (即AC对齐)C相对于A的位移  L≤S3=
2
3
m      ⑨
要使C不脱离木板A则 
2
3
L≥S3解得 
4
9
m=10 ⑩
要使C完全离开B并不脱离木板A,每块木板的长度应满足:
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