Question

如圖所示，在水平長直的軌道上，有一長度為L的平板車在外力控制下始終保持速度v₀做勻速直線運動．某時刻將一質量為m，可視為質點的小滑塊輕放到車面距右端的c處，滑塊剛好停在小車左端A處，設定平板車上表面各處粗糙程度相同．
（1）求滑塊和平板車間的摩擦因數；
（2）若平板車車速為2v₀且保持不變，當滑塊輕放到車面C處的同時對該滑塊施加一個與車運動方向相同的恒力F，要保證滑塊不能從車的左端A處掉下，恒力F大小應該滿足什么條件？
（3）在（2）的情況下，力F取最小值，要保證滑塊不從車上掉下，力F的作用時間應該在什么范圍內？

Answer 1

解：（1）設小滑塊受到的滑動摩擦力大小為f，則小物塊產生的加速度a=，小物塊運動的時間t=，當小物塊的速度和車的速度相同時有根據幾何關系有：
代入：a=和t=可得：

又因為f=μF_N=μmg得動摩擦因數=
（2）設恒力F取最小值F′，滑塊加速度為a₁，此時滑塊恰好達到車的左端，則滑塊運動到車左端的時間 ①
由幾何關系，有 2v₀t₁-= ②
由牛頓第二定律有：F′+f=ma₁ ③
由①②③解得：，
則恒力F大小應滿足的條件是：F
（3）力F取最小值，當滑塊運動到車左端后，為使滑塊恰不從右端畫出，相對車先做勻加速運動（設運動加速度為a₂，時間為t₂），再做勻減速運動（設加速度大小為a₃）．到達車右端時，與車有共同速度，則有
F′-f=ma₂ ④
f=ma₃ ⑤
由幾何關系有：⑥
由④⑤⑥解得：
則力F的作用時間t應滿足t₁≤t≤t₁+t₂
即
答：（1）滑塊和平板車間的摩擦因數μ=；
（2）若平板車車速為2v₀且保持不變，當滑塊輕放到車面C處的同時對該滑塊施加一個與車運動方向相同的恒力F，要保證滑塊不能從車的左端A處掉下，恒力F大小應該滿足
（3）在（2）的情況下，力F取最小值，要保證滑塊不從車上掉下，力F的作用時間應該在．
分析：（1）小滑塊在滑動摩擦力的作用下向右加速，根據牛頓第二定律、運動學公式，結合幾何關系列式求解；
（2）假設取最小值，則滑塊恰好滑到最左端，再次根據牛頓第二定律、運動學公式和功能關系，結合幾何關系列式求解；
（3）小滑塊在平板車上先加速后減速，根據牛頓第二定律求加速度，根據運動學公式和幾何關系列式聯立求解恰好不掉下的臨界時間
點評：本題關鍵是分析清楚物體受力后，根據牛頓第二定律求得各段的加速度，然后根據運動學公式結合幾何關系列式求解．