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如图所示,水平桌面距地面的高度h=0.80m.可以看成质点的小金属块C的质量m1...

如图所示,水平桌面距地面的高度h=0.80m.可以看成质点的小金属块C的质量m1=0.50kg,放在厚度不计的长木板AB上.木板长L=0.865m,质量m2=0.20kg,木板的A端跟桌面的边缘对齐.小金属块C到木板B端的距离d=0.375m.假定小金属块与木板间、木板与桌面间、小金属块与桌面间的动摩擦因数都相等,其值μ=0.20.现用力将木板水平向右加速抽出,在小金属块从木板上滑下以前,加在木板上的力为水平向右的恒力F.小金属块落到桌面上后,又在桌面上滑动了一段距离,再从桌面边缘飞出落到水平地面上,小金属块落地点到桌边的水平距离s=0.08m.求:
(1)作用在木板上的恒力F的大小.
(2)若希望小金属块不滑出桌面,则恒力的大小应该如何调整,请说明理由.

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(1)金属块经历了在木板上的匀加速直线运动,从木板上滑落后在桌面上的匀减速直线运动,离开桌面后的平抛运动.抓住平抛运动的初速度,即在水平面上运动的末速度,结合牛顿第二定律和运动学公式求出木板的加速度,从而求出拉力的大小. (2)金属块不滑离桌面的临界速度是到达桌面的末速度速度为零,结合牛顿第二定律和运动学公式,抓住金属块的位移之和等于L-d,木板与金属块的位移之差等于d,求出力F的范围. 【解析】 (1)小金属块经历了三段运动过程:在木板上的匀加速直线运动,从木板上滑落后在桌面上的匀减速直线运动,离开桌面后的平抛运动. 设小金属块做平抛运动的时间为t3, 设平抛运动的初速度为v2,s=v2t3 小金属块在长木板上运动时的受力如图1所示,小金属块这时做匀加速直线运动,设它的加速度为a1. f1=μF1=μm1g=0.20×0.50×10=1.0(N) 小金属块离开长木板后在桌面上运动时的受力如图2所示,小金属块这时做匀减速直线运动,设它的加速度的大小为a'1. f'1=μF1=μm1g=0.2×0.5×10=1.0(N) a'1=a1 设小金属块在木板上运动时,相对于地面运动的距离为s1,末速度为v1,所用时间为t1,① v1=a1t1② 设小金属块在桌面上运动时,相对于地面运动的距离为s2,末速度为v2,③ 由题意知s1+s2=L-d④ 联立以上四式,解得s1=0.25m、s2=0.24m、t1=0.5s、v1=1.0m/s 取木板为研究对象,小金属块在木板上运动时,木板受力如图3所示.f2=μF2=μ(m1+m2)g=0.20×0.70×10=1.4(N) 木板在t1时间内向右运动距离为d+s1,设木板的加速度为a2,则 利用牛顿定律F-(f1+f2)=m2a2、 解得F=3.4N. (2)若金属块不滑出桌面,临界情况是滑块到达桌面的右端速度变为零. 设物块离开木板时的速度为v,有:. 解得v=0.7m/s. 则在木板上运动的时间t=s. 解得木板的加速度 根据牛顿第二定律得,F′-(f1+f2)=m2a2 解得F′=3.42N. 即F≥3.42N,小金属块不滑出桌面. 答:(1)作用在木板上的恒力F的大小为3.4N. (2)F≥3.42N,小金属块不滑出桌面.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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