Question

4．如圖所示是傾角θ=37°的固定光滑斜面，兩端有垂直于斜面的固定擋板P、Q，PQ距離L=2m，質(zhì)量M=1.0kg的木塊A（可看成質(zhì)點(diǎn)）放在質(zhì)量m=0.5kg的長d=0.8m的木板B上并一起�？吭趽醢錚處，A木塊與斜面頂端的電動機(jī)間用平行于斜面不可伸長的輕繩相連接，現(xiàn)給木塊A沿斜面向上的初速度，同時開動電動機(jī)保證木塊A一直以初速度v₀=1.6m/s沿斜面向上做勻速直線運(yùn)動，已知木塊A的下表面與木板B間動摩擦因數(shù)μ₁=0.5，經(jīng)過時間t，當(dāng)B板右端到達(dá)Q處時刻，立刻關(guān)閉電動機(jī)，同時鎖定A、B物體此時的位置．然后將A物體上下面翻轉(zhuǎn)，使得A原來的上表面與木板B接觸，已知翻轉(zhuǎn)后的A、B接觸面間的動摩擦因數(shù)變?yōu)棣?SUB>2=0.25，且連接A與電動機(jī)的繩子仍與斜面平行．現(xiàn)在給A向下的初速度v₁=2m/s，同時釋放木板B，并開動電動機(jī)保證A木塊一直以v₁沿斜面向下做勻速直線運(yùn)動，直到木板B與擋板P接觸時關(guān)閉電動機(jī)并鎖定A、B位置．求：
（1）B木板沿斜面向上加速運(yùn)動過程的加速度大小；
（2）A、B沿斜面上升過程所經(jīng)歷的時間t；
（3）A、B沿斜面向下開始運(yùn)動到木板B左端與P接觸時，這段過程中A、B間摩擦產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

分析 （1）由牛頓第二定律可以求出B的加速度．
（2）由勻變速直線運(yùn)動的速度公式求出B的速度等于A的速度需要的時間，然后由位移公式求出A、B的位移，然后應(yīng)用勻速直線運(yùn)動的位移公式求出A、B沿斜面上升過程的時間．
（3）由牛頓第二定律求B的加速度，應(yīng)用運(yùn)動學(xué)公式求出A、B的位移及A、B間的相對位移，然后求出因克服摩擦力產(chǎn)生的熱量．

解答 解：（1）對B，由牛頓第二定律得：μ₁Mgcosθ-mgsinθ=ma₁，
代入數(shù)據(jù)解得：a₁=2m/s²；
（2）A、B相對靜止需要的時間為：t₁=$\frac{{v}_{0}}{{a}_{1}}$=0.8s，
A的位移為：x_A=v₀t₁=1.28m，
B的位移為：x_B=$\frac{{v}_{0}}{2}$t₁=0.64m，
AB的相對位移為：△x=x_A-x_B=0.64m，
A、B勻速運(yùn)動的時間為：t=$\frac{L-d+△x}{{v}_{0}}$=1.15s；
（3）B開始向下加速運(yùn)動的加速度為：a₂=$\frac{{μ}_{2}Mgcosθ+mgsinθ}{m}$=10m/s²，
B與A相對靜止后B的加速度為：a₃=$\frac{mgsinθ-{μ}_{2}Mgcosθ}{m}$=2m/s²，
A、B相對靜止的時間為：t₂=$\frac{{v}_{1}}{{a}_{2}}$=0.2s，
A的位移為：x_A′=v₁t₂=0.4m，
B的位移為：x_B′=$\frac{{v}_{1}}{2}$t₂=0.2m，
相對位移為：△x′=x_A′-x_B′=0.2m，
此時A離B右端的距離為：△x′+（d-△x）=0.36m，
AB速度相等后，B以加速度a₂加速運(yùn)動，B到達(dá)P所用時間為t₃，
則：L-d-x_B=v₁t₃+$\frac{1}{2}$a₂t₃²，
代入數(shù)據(jù)解得：t₃=（$\sqrt{2}$-1）s，
A、B相對位移為：△x″=v₁t₃+$\frac{1}{2}$a₂t₃²-v₁t₃=0.17m，
即：B與P接觸時，A沒有從B上滑離，
產(chǎn)生的熱量為：Q=μ₂Mgcosθ（△x′+△x″）=0.74J；
答：（1）B木板沿斜面向上加速運(yùn)動過程的加速度大小為2m/s²；
（2）A、B沿斜面上升過程所經(jīng)歷的時間t為1.15s；
（3）A、B沿斜面向下開始運(yùn)動到木板B左端與P接觸時，這段過程中A、B間摩擦產(chǎn)生的熱量為0.74J．

點(diǎn)評 本題考查了求加速度、物體的運(yùn)動時間與產(chǎn)生的熱量問題，本題是一道力學(xué)綜合題，物體運(yùn)動過程復(fù)雜，本題難度較大，分析清楚物體的運(yùn)動過程是解題的關(guān)鍵，應(yīng)用牛頓第二定律、運(yùn)動學(xué)公式與功的計算公式可以解題．