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一质量为M的平顶小车,以速度V沿水平的光滑轨道作匀速直线运动.现将一质量为m的小...

一质量为M的平顶小车,以速度V沿水平的光滑轨道作匀速直线运动.现将一质量为m的小物块无初速地放置在车顶前缘.已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ.
(1)、若要求物块不会从车顶后缘掉下,则该车顶最少要多长?
(2)、若车顶长度符合1问中的要求,整个过程中摩擦力共做了多少功?
(1)物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,再结合能量守恒定律即可求解; (2)由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动能的增量,求出系统动能的增量即可求解. 【解析】 (1)、物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落.令v表示此时的速度,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,即 Mv=(m+M)v                                   (1) 从能量来看,在上述过程中,物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功,即                                      (2) 其中s1为物块移动的距离.小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功,即                             (3) 其中s2为小车移动的距离.用l表示车顶的最小长度,则 l=s2-s1                                             (4) 由以上四式,可解得                                         (5) 即车顶的长度至少应为. (2)、由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动能的增量,即                              (6) 由(1)、(6)式可得                                         故整个过程中摩擦力做的功为
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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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