Question

8．如圖所示，在光滑的水平面上靜止著一個質(zhì)量為4m的木板B，B的左端靜止著一個質(zhì)量為2m的物塊A，已知A，B之間的動摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)有質(zhì)量為m的小球以水平速度v₀飛來與物塊A發(fā)生彈性碰撞，在整個過程中物塊A始終未滑離木板B，且物塊A可視為質(zhì)點，求：
（1）到物塊A相對B靜止時，物塊A的位移；
（2）木板B至少多長？

Answer 1

分析 （1）小球與A碰撞過程動量守恒、機械能守恒，應(yīng)用動量守恒定律與機械能守恒定律可以求出碰撞后A的速度，A、B系統(tǒng)動量守恒，應(yīng)用運動學(xué)公式求出A的位移．
（2）應(yīng)用運動學(xué)公式求出B的位移，然后求出B的最小長度，或應(yīng)用能量守恒定律求出B的長度．

解答 解：（1）小球與A發(fā)生彈性碰撞，碰撞過程系統(tǒng)動量與機械能守恒，
以向右為正方向，由動量守恒定律得：mv₀=mv₁+2mv_A，
由機械能守恒定律得：$\frac{1}{2}$mv₀²=$\frac{1}{2}$mv₁²+$\frac{1}{2}$•2mv_A²，解得：v_A=$\frac{2}{3}$v₀，v₁=-$\frac{1}{3}$v₀；
A、B系統(tǒng)動量守恒，以向右為正方向，
由動量守恒定律得：2mv_A=（2m+4m）v，解得：v=$\frac{2}{9}$v₀，
A做勻減速直線運動，由速度位移公式得：
v²-v_A²=2（-μg）x_A，解得：x_A=$\frac{16{v}_{0}^{2}}{81μg}$；
（2）B做初速度為零的勻加速直線運動，
B的加速度：a′=$\frac{μ•2mg}{4m}$=$\frac{1}{2}$μg，
由勻變速直線運動的速度位移公式得：
v²=2a′x_B，解得：x_B=$\frac{4{v}_{0}^{2}}{81μg}$，
B的長度至少為：L=x_A-x_B=$\frac{4{v}_{0}^{2}}{27μg}$；
答：（1）到物塊A相對B靜止時，物塊A的位移為$\frac{16{v}_{0}^{2}}{81μg}$；
（2）木板B至少長為$\frac{4{v}_{0}^{2}}{27μg}$．

點評 本題考查了求位移與木板長度問題，考查了動量守恒定律的應(yīng)用，分析清楚物體運動過程是解題的關(guān)鍵，應(yīng)用動量守恒定律、運動學(xué)公式可以解題．