题目
v-|||-gt0-|||-0 t0 2t 3t0 4t0 t一足够长木板置于水平地面上,二者间的动摩擦因数为μ。t=0时,木板在水平恒力作用下,由静止开始向右运动。某时刻,一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知t=0到t=4t0的时间内,木板速度v随时间t变化的图像如图所示,其中g为重力加速度大小。t=4t0时刻,小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是( )A. 小物块在t=3t0时刻滑上木板B. 小物块和木板间的动摩擦因数为2μC. 小物块与木板的质量比为3:4D. t=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动
一足够长木板置于水平地面上,二者间的动摩擦因数为μ。t=0时,木板在水平恒力作用下,由静止开始向右运动。某时刻,一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知t=0到t=4t0的时间内,木板速度v随时间t变化的图像如图所示,其中g为重力加速度大小。t=4t0时刻,小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是( )- A. 小物块在t=3t0时刻滑上木板
- B. 小物块和木板间的动摩擦因数为2μ
- C. 小物块与木板的质量比为3:4
- D. t=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动
题目解答
答案
ABD
A. 小物块在t=3t0时刻滑上木板
B. 小物块和木板间的动摩擦因数为2μ
D. t=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动
A. 小物块在t=3t0时刻滑上木板
B. 小物块和木板间的动摩擦因数为2μ
D. t=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动
解析
步骤 1:分析木板的运动状态
由图像可知,0~3t_0时间内木板做匀加速直线运动,3t_0~4t_0时间内木板做匀减速直线运动。根据题意,小物块在t=3t_0时刻以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。
步骤 2:计算木板的加速度
木板做匀加速直线运动的加速度大小为:a_1=$\frac{\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=$\frac{1}{2}μg$
木板做匀减速直线运动的加速度大小为:a_2=$\frac{\frac{3}{2}μgt_0-\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=μg
步骤 3:计算物块的加速度
设物块的加速度大小为a_3,以向右为正方向,则有:
$\frac{1}{2}μgt_0$=$-\frac{3}{2}μgt_0+a_3t_0$
解得:a_3=2μg
步骤 4:计算小物块和木板间的动摩擦因数
设木板与小物块的质量分别为M、m,小物块和木板间动摩擦因数为μ_1,根据牛顿第二定律得:
对物块有:μ_1mg=ma_3
对木板加速过程有:F-μMg=Ma_1
对木板减速过程有:μ(M+m)g+μ_1mg-F=Ma_2
联立解得:μ_1=2μ,$\frac{m}{M}$=$\frac{1}{2}$
步骤 5:分析t=4t_0之后的运动状态
根据上述对BC选项的解答可得:F=$\frac{3μMg}{2}$
而t=4t_0之后木板与水平地面之间的滑动摩擦力大小为:f=μ(M+m)g=μ(M+$\frac{1}{2}M$)g=$\frac{3μMg}{2}$
因F=f,故t=4t_0之后小物块和木板一起做匀速运动。
由图像可知,0~3t_0时间内木板做匀加速直线运动,3t_0~4t_0时间内木板做匀减速直线运动。根据题意,小物块在t=3t_0时刻以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。
步骤 2:计算木板的加速度
木板做匀加速直线运动的加速度大小为:a_1=$\frac{\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=$\frac{1}{2}μg$
木板做匀减速直线运动的加速度大小为:a_2=$\frac{\frac{3}{2}μgt_0-\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=μg
步骤 3:计算物块的加速度
设物块的加速度大小为a_3,以向右为正方向,则有:
$\frac{1}{2}μgt_0$=$-\frac{3}{2}μgt_0+a_3t_0$
解得:a_3=2μg
步骤 4:计算小物块和木板间的动摩擦因数
设木板与小物块的质量分别为M、m,小物块和木板间动摩擦因数为μ_1,根据牛顿第二定律得:
对物块有:μ_1mg=ma_3
对木板加速过程有:F-μMg=Ma_1
对木板减速过程有:μ(M+m)g+μ_1mg-F=Ma_2
联立解得:μ_1=2μ,$\frac{m}{M}$=$\frac{1}{2}$
步骤 5:分析t=4t_0之后的运动状态
根据上述对BC选项的解答可得:F=$\frac{3μMg}{2}$
而t=4t_0之后木板与水平地面之间的滑动摩擦力大小为:f=μ(M+m)g=μ(M+$\frac{1}{2}M$)g=$\frac{3μMg}{2}$
因F=f,故t=4t_0之后小物块和木板一起做匀速运动。