Question

如圖所示，質(zhì)量M=8.0kg的小車(chē)放在光滑的水平面上，給 小車(chē)施加一個(gè)水平向右的恒力F=8.0N．當(dāng)向右運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到u₀=1.5m/s時(shí)，有一物塊以水平向左的初速度v₀=1.0m/s滑上小車(chē)的右端．小物塊的質(zhì)量m=2.0kg，物塊與小車(chē)表面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.20．設(shè)小車(chē)足夠長(zhǎng)，重力加速度g=10m/s²．求：
（1）物塊從滑上小車(chē)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)的速度減小為零．
（2）物塊在小車(chē)上相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程，物塊相對(duì)地面的位移．
（3）物塊在小車(chē)上相對(duì)小車(chē)滑動(dòng)的過(guò)程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能？（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

解：（1）設(shè)物塊滑上小車(chē)后，做加速度為a_m的勻變速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t₁速度減為零，根據(jù)牛頓第二定律得
μmg=ma_m
又 0=v₀-a_mt₁
解得 a_m=2m/s²，=0.5s
（2）小車(chē)做加速度為a_M的勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律
F-μmg=Ma_M
解得
設(shè)經(jīng)過(guò)t物塊與小車(chē)具有共同的速度v，物塊對(duì)地的位移為s₁，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的位移為s₂，取向右為正方向．
則對(duì)物塊：v=-v₀+a_mt，
對(duì)小車(chē)：v=u₀+a_Mt，
聯(lián)立解得：s₁=1.1m，s₂=3.2m
（3）系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能：E=μmg（s₂-s₁）=8.4J
答：
（1）物塊從滑上小車(chē)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)0.5s的速度減小為零．
（2）物塊在小車(chē)上相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程，物塊相對(duì)地面的位移是1.1m．
（3）物塊在小車(chē)上相對(duì)小車(chē)滑動(dòng)的過(guò)程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能是8.4J．
分析：（1）物塊滑上小車(chē)后，受到向右的滑動(dòng)摩擦力而做勻減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律求得加速度，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)速度公式求時(shí)間．
（2）先根據(jù)牛頓第二定律求出小車(chē)的加速度．當(dāng)滑塊與小車(chē)相對(duì)靜止時(shí)，兩者速度相等，由運(yùn)動(dòng)學(xué)速度公式求得經(jīng)歷的時(shí)間，再由位移公式求出物塊相對(duì)地面的位移．
（3）系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能：E=f△s，△s是相對(duì)位移．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了牛頓第二定律、動(dòng)能定理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，關(guān)鍵理清物塊和小車(chē)速度相等前的運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用合適的規(guī)律進(jìn)行求解．