Question

如圖所示，一質(zhì)量M=5kg的平板小車靜止在水平地面上，小車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ₁=0.1，現(xiàn)在給小車施加一個(gè)水平向右的拉力F=15N，經(jīng)t=3s后將一質(zhì)量為m=2kg的貨箱（可視為質(zhì)點(diǎn)）無(wú)初速度地放置于平板車上，貨箱與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ₂=0.4，貨箱最終剛好未從小車上落下，求：
（1）貨箱剛放上小車時(shí)小車的速度；
（2）貨箱剛放上小車時(shí)離車后端的距離；
（3）從放上貨箱到相對(duì)小車靜止的過(guò)程 因摩擦產(chǎn)生的總熱量．

Answer 1

解：（1）未放貨箱時(shí)，小車所受的地面的摩擦力
f=μ₁Mg=5N
根據(jù)牛頓第二定律，有
a==2m/s²
根據(jù)速度時(shí)間公式，有
v=at=6m/s
即貨箱剛放上小車時(shí)小車的速度為6m/s．
（2）放上貨箱后，貨箱相對(duì)于小車向后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)地面和貨物對(duì)小車的摩擦力分別為
f₁=μ₁（M+m）g=7N
f₂=μ₂mg=8N
小車所受的合力為零，開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)．
貨箱受到向右的摩擦力作用，a_m==4m/s²，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，最終恰好達(dá)到共速
由速度時(shí)間公式，有
t′=
由位移時(shí)間公式結(jié)合幾何關(guān)系，得到
vt′-a_mt′²=x
解得
x=4.5m
即貨箱剛放上小車時(shí)離車后端的距離為4.5m．
（3）小車與地面間產(chǎn)生的熱量為
Q₁=f₁vt′=63J
小車與滑塊間產(chǎn)生的熱量為
Q₂=f₂x=36J
故總熱量為
Q=Q₁+Q₂=99J
即從放上貨箱到相對(duì)小車靜止的過(guò)程因摩擦產(chǎn)生的總熱量為99J．
分析：（1）對(duì)小車受力分析，再由牛頓第二定律列式求出加速度，之后用速度時(shí)間關(guān)系圖象求小車的速度；
（2）分別對(duì)小車和滑塊受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，當(dāng)兩者速度相等時(shí)，求出各自的位移，再結(jié)合幾何關(guān)系求相對(duì)滑動(dòng)距離；
（3）因摩擦產(chǎn)生的熱量等于一對(duì)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的總功，即Q=f?△S，分別求出小車與滑塊之間、小車與地面之間因摩擦產(chǎn)生的熱量后求和．
點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵對(duì)小車和滑塊分別受力分析，求出加速度后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系求出各個(gè)待求量．