Question

如圖所示，足夠長的木板質量M=10kg，放置于光滑水平地面上，以初速度v=5m/s沿水平地面向右勻速運動．現有足夠多的小鐵塊，它們的質量均為m=1kg，在木板上方有一固定擋板，當木板運動到其最右端位于擋板正下方時，將一小鐵塊貼著擋板無初速度地放在木板上，小鐵塊與木板的上表面間的動摩擦因數μ=0.5，當木板運動了L=1m時，又無初速地貼著擋板在第1個小鐵塊上放上第2個小鐵塊．只要木板運動了L就按同樣的方式再放置一個小鐵塊，直到木板停止運動．（取g=10m/s²）試問：
（1）第1個鐵塊放上后，木板運動了L時，木板的速度多大？
（2）最終木板上放有多少個鐵塊？
（3）最后一個鐵塊放上后，木板再向右運動的距離是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）第1個鐵塊放上后，木板受到向左的滑動摩擦力而做勻減速運動，由牛頓第二定律和運動學公式結合求解木板運動了L時的速度．
（2）假設最終有n個鐵塊能放在木板上，由牛頓第二定律求出此時的加速度，再由速度位移關系式分析第1個鐵塊、第2個鐵塊…第n個鐵塊放上后木板的速度，當木板的速度為0時，確定鐵塊的個數．
（3）由上分析得到放上n-1塊鐵塊時木板的位移與速度，再由速度位移關系式求出后一個鐵塊放上后，木板再向右運動的距離．
解答：解：（1）第1個鐵塊放上后，木板做勻減速運動，
即有：μmg=Ma₁，2a₁L=v²-v₁²
代入數據解得：v₁=2 m/s．
（2）設最終有n個鐵塊能放在木板上，則木板運動的加速度大小為：
  a_n=
第1個鐵塊放上后：2a₁L=v²-v₁²
第2個鐵塊放上后：2a₂L=v₁²-v₂²
   …
第n個鐵塊放上后：2a_nL=-
由上可得：（1+2+3+…+n）?2L=v²-
木板停下時，v_n=0，解得n=6.6．
即最終有7個鐵塊放在木板上．
（3）從放上第1個鐵塊至剛放上第7個鐵塊的過程中，由（2）中表達式可得：
   ?2L=v²-v₆²
從放上第7個鐵塊至木板停止運動的過程中，設木板發生的位移是d，則：
   2?d=v²-0
解得：d= m．
答：（1）第1個鐵塊放上后，木板運動了L時，木板的速度是2 m/s．
（2）最終木板上放有7個鐵塊．
（3）最后一個鐵塊放上后，木板再向右運動的距離是m．
點評：本題是物理上數列類型的問題，運用歸納法總結規律，得到速度的通項是關鍵．