Question

如圖所示，在光滑水平面上，有質量為1.0kg的木板A，以1m/s的速度做勻速直線運動，它的上表面右邊是粗糙的，動摩擦因數μ為0.1，左邊是光滑的，兩邊分界線為P．某時刻質量為1.0kg的小物塊B（視為質點）無初速置于P點，同時受1.0N的水平向右的作用力，水平力作用2秒后撤去．求：
（1）當撤去外力時，A、B水平向右位移各多少？
（2）若木板足夠長，木板A與小物塊B的最終速度？
（3）要使小物塊B不滑離木板A，木板A的長度至少是多少？?

Answer 1

解：（1）假設力F作用的2s時間內，B還未進入P的右側，
則物塊B加速度
水平位移
木板A水平位移為S_A=v_ot=2m
因為S_A=S_B，假設成立，即撤去外力時B恰好又到P點
水平位移S_A=2m，S_B=2m
（2）撤去外力時，v_B=at=2m/s
B進入P的右側，最終A、B速度相同，都設為v
由動量守恒：m_Av_o+m_Bv_B=（m_A+m_B）
v=1.5m/s
（3）設B進入P右端，相對A的位移為△S₁
由能量守恒：
△S₁=0.25m
當小物塊B的速度v_B'=v₀=1m/s時，B在A的最左端
經歷時間
此時小物塊相對木塊最左端位移=0.5m
即木板A長度至少L=△S₁+△S₂=0.75m
答：（1）當撤去外力時，A、B水平向右位移各為水平位移S_A=2m，S_B=2m
（2）木板A與小物塊B的最終速度1.5m/s
（3）木板A的長度至少是0.75m
分析：（1）水平力作用2s的時間內，A、B分別相對于地面做勻加速直線運動，由勻變速運動規律可得位移
（2）對于AB系統，撤去外力后水平方向動量守恒，可解最終共同速度
（3）計算物塊初始時加速時距離A最左端的位移與達到共同速度時離開P的距離，二者之和就是A板的最小長度
點評：本題涉及兩個物體的動力學問題，除了隔離研究兩個物體的運動情況外，關鍵是找出兩個物體之間速度和位移的關系．