如图,质量M=8kg的小车停放在光滑水平面上,在小车右端施加一水平恒力F=8N.当小车向右运动速度达到3m/s时,在小车的右端轻放一质量m=2kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.2,假定小车足够长,试求:(1)经过多长时间物块停止与小车间的相对运动?(2)小物块从放在车上开始经过t0=3.0s所通过的位移是多少?(g取10m/s2)

问题描述:

如图,质量M=8kg的小车停放在光滑水平面上,在小车右端施加一水平恒力F=8N.当小车向右运动速度达到3m/s时,在小车的右端轻放一质量m=2kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.2,假定小车足够长,试求:

(1)经过多长时间物块停止与小车间的相对运动?
(2)小物块从放在车上开始经过t0=3.0s所通过的位移是多少?(g取10m/s2

(1)对物块:μmg=ma1
∴a1=μg=2m/s2
对小车:F-μmg=Ma2
∴a2=0.5m/s2
物块在小车上停止相对滑动时,速度相同
则有:a1t10+a2t1
∴t1=

v0
a1−a2
=
3
2−0.5
s=2s
(2)t1物块位移x1=
1
2
a1t12
t1时刻物块速度υ1=a1t1=4m/s
t1后M,m有相同的加速度,对M,m 整体有:F=(M+m)a3
∴a3=0.8m/s2
∴x21(t-t1)+
1
2
a3(t−t1)2=4.4m
∴3S内物块位移x=x1+x2=8.4m 
答:(1)经多2s物块停止在小车上相对滑动;
    (2)小物块从放在车上开始,经过t=3.0s,通过的位移是8.4m.
答案解析:(1)分别对滑块和平板车进行受力分析,它们都只受到滑动摩擦力的作用,根据牛顿第二定律求出各自加速度,物块在小车上停止相对滑动时,速度相同,即可以求出时间;(2)滑块做匀减速运动,平板车做匀加速运动,当它们速度相等时一起向右做匀速运动,分别求出两个运动的位移即可解题.
考试点:牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
知识点:该题是相对运动的典型例题,要认真分析两个物体的受力情况,正确判断两物体的运动情况,再根据运动学基本公式求解,难度适中.