如图所示,足够长的木板质量M=10kg,放置于光滑水平地面上,以初速度v0=5m/s沿水平地面向右匀速运动.现有足够多的小铁块,它们的质量均为m=1kg,在木板上方有一固定挡板,当木板运动到

问题描述:

如图所示,足够长的木板质量M=10kg,放置于光滑水平地面上,以初速度v0=5m/s沿水平地面向右匀速运动.现有足够多的小铁块,它们的质量均为m=1kg,在木板上方有一固定挡板,当木板运动到其最右端位于挡板正下方时,将一小铁块贴着挡板无初速度地放在木板上,小铁块与木板的上表面间的动摩擦因数μ=0.5,当木板运动了L=1m时,又无初速地贴着挡板在第1个小铁块上放上第2个小铁块.只要木板运动了L就按同样的方式再放置一个小铁块,直到木板停止运动.(取g=10m/s2)试问:

(1)第1个铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度多大?
(2)最终木板上放有多少个铁块?
(3)最后一个铁块放上后,木板再向右运动的距离是多少?

(1)第1个铁块放上后,木板做匀减速运动,
即有:μmg=Ma1,2a1L=v02-v12
代入数据解得:v1=2

6
m/s.
(2)设最终有n个铁块能放在木板上,则木板运动的加速度大小为:
  an=
μnmg
M

第1个铁块放上后:2a1L=v02-v12
第2个铁块放上后:2a2L=v12-v22
   …
第n个铁块放上后:2anL=
v 2n−1
-
v 2n

由上可得:(1+2+3+…+n)•2
μmg
M
L=v02-
v 2n

木板停下时,vn=0,解得n=6.6.
即最终有7个铁块放在木板上.
(3)从放上第1个铁块至刚放上第7个铁块的过程中,由(2)中表达式可得:
  
6×(6+1)
2
•2
μmg
M
L=v02-v62
从放上第7个铁块至木板停止运动的过程中,设木板发生的位移是d,则:
   2•
7μmg
M
d=v62-0
解得:d=
4
7
m.
答:(1)第1个铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度是2
6
m/s.
(2)最终木板上放有7个铁块.
(3)最后一个铁块放上后,木板再向右运动的距离是
4
7
m.