如圖所示,質量為M且足夠長的木板在光滑的水平面上,其右端有一質量為m、可視為質點的滑塊,滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ。勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧的右端O固定不動,其自由端A與滑塊之間的距離為L。現(xiàn)給木板以水平向右的瞬時速度v0,滑塊將由靜止開始向右運動,與彈簧接觸后經(jīng)過時間t,滑塊向右運動的速度達到最大,設滑塊的速度始終小于木板的速度,彈簧的形變是在彈性限度內,重力加速度大小為g,不計空氣阻力。求:
(1)滑塊剛接觸彈簧時滑塊的速度v1大小和木板的速度v2大小;
(2)滑塊向右運動的速度達到最大值的過程中,彈簧對滑塊所做的功W;
(3)滑塊向右運動的速度最大值υm及其速度最大時滑塊與木板的右端之間的距離s。
【標準解答】(1)滑塊接觸彈簧之前,在滑動摩擦力作用下由靜止開始做勻加速直線運動了L距離,由動能定理:
μmgL = mv12·································································································· ①(2分)
得:v1 = ······························································································ ②(1分)
對滑塊和木板組成的系統(tǒng),由動量守恒定律:
Mv0 = Mv2 + mv1································································································ ③(2分)
得:v2 = v0 –
·················································································· ④(1分)
(2)滑塊接觸彈簧之后向右運動的過程中,當滑塊受到的滑動摩擦力與彈簧的彈力平衡時,滑塊的速度達到最大,此時彈簧被壓縮的長度為x,則:
μmg = kx
得x = ······································································································· ⑤(2分)
由于彈簧的彈力與彈簧被壓縮的長度成正比,所以有
W = – kx · x = –
················································································ ⑥(2分)
(3)滑塊向右運動的速度達到最大值時,設滑塊的最大速度為vm時木板的速度大小為v。在彈簧被壓縮的長度x的過程中,對木板由動量定理:
– μmgt = Mv – Mv2····························································································· ⑦(2分)
得v = v0 –
–
分別對滑塊和木板,由動能定理:
μmgx + W = mvm2 –
mv12············································································· ⑧(2分)
– μmg(L + x + s) = Mv2 –
Mv02··································································· ⑨(2分)
得
υm = ······················································································ ⑩(1分)
s = [v02 – (v0 –
–
)2] –
– L··························· (11)(1分)
【思維點拔】本題的關鍵在于平時對滑塊與滑板疊加問題的積淀,對木板在滑動摩擦力作用做勻減速直線運動,對滑塊在接觸彈簧之前做勻加速直線運動,均可運用牛頓運動定律及運動學公式計算,但對滑塊在接觸彈簧之后,所受的合外力為變力,則需用能量觀點解答。在接觸彈簧之前,對滑塊和木板組成的系統(tǒng),合外力為零,所以也可以根據(jù)動量守恒定律來解答,但在接觸彈簧之后,對滑塊和木板組成的系統(tǒng),合外力不為零,所以不能根據(jù)動量守恒定律來解答。對于彈簧彈力做功問題,由于彈簧的彈力與彈簧被壓縮的長度成線性關系,所以可以用平均力來計算彈力做功。
科目:高中物理 來源: 題型:
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科目:高中物理 來源:2010-2011學年四川省樂山市高三第三次調研理科綜合物理部分 題型:計算題
如圖所示,質量為M且足夠長的木板放在光滑水平面上,其右端有一質量為m、可視為質點的滑塊,滑塊與木板問的動摩擦因數(shù)為μ。勁度系數(shù)為的水平輕彈簧的右端O固定不動,其自由端A與滑塊的距離為L。現(xiàn)給木板一水平向右的瞬時速度
,滑塊將由靜止開始向右運動,與彈簧接觸后經(jīng)過一段時間向右運動的速度到達最大,且滑塊的速度始終小于木板的速度(彈簧在形變在彈性限度內,重力加速度大小為g,不計空氣阻力)求:
(1)滑塊剛接觸彈簧對滑塊的速度大小v1和木板的速度大小
(2)滑塊向右運動的速度到達最大值的過程中,彈簧的壓縮量及彈簧對滑塊所做的功W(已知彈簧對滑塊所做的功可用公式
計算,其中
表示彈簧被壓縮的長度)
(3)滑塊向右運動的最大速度。
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科目:高中物理 來源:2011年四川省成都市石室中學高考物理二模試卷(解析版) 題型:解答題
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科目:高中物理 來源: 題型:
如圖所示,質量為M且足夠長的木板放在光滑水平面上,其右端有一質量為m、可視為質點的滑塊,滑塊與木板問的動摩擦因數(shù)為μ。勁度系數(shù)為的水平輕彈簧的右端O固定不動,其自由端A與滑塊的距離為L。現(xiàn)給木板一水平向右的瞬時速度
,滑塊將由靜止開始向右運動,與彈簧接觸后經(jīng)過一段時間向右運動的速度到達最大,且滑塊的速度始終小于木板的速度(彈簧在形變在彈性限度內,重力加速度大小為g,不計空氣阻力)求:
(1)滑塊剛接觸彈簧對滑塊的速度大小v1和木板的速度大小
(2)滑塊向右運動的速度到達最大值的過程中,彈簧的壓縮量及彈簧對滑塊所做的功W(已知彈簧對滑塊所做的功可用公式
計算,其中
表示彈簧被壓縮的長度)
(3)滑塊向右運動的最大速度。
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