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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

菁优网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

解:A、由图像可知0~3t0时间内木板做匀加速直线运动,3t0~4t0时间内木板做匀减速直线运动,由题意可知小物块在t=3t0时刻以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板,故A错误;
BC、由v-t图像的斜率可得:木板做匀加速直线运动的加速度大小为:a1=$\frac{\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=$\frac{1}{2}μg$
t=3t0时刻木板的速度大小为:v1=a1×3t0=$\frac{3}{2}μgt_0$
木板做匀减速直线运动的加速度大小为:a2=$\frac{\frac{3}{2}μgt_0-\frac{1}{2}μgt_0}{t_0}$=μg
由题意可知物块先向左匀减速到零后,再向右匀加速与木板共速,设物块的加速度大小为a3,以向右为正方向,则有:
$\frac{1}{2}μgt_0$=$-\frac{3}{2}μgt_0+a_3t_0$
解得:a3=2μg
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μ1,根据牛顿第二定律得:
对物块有:μ1mg=ma3
对木板加速过程有:F-μMg=Ma1
对木板减速过程有:μ(M+m)g+μ1mg-F=Ma2
联立解得:μ1=2μ,$\frac{m}{M}$=$\frac{1}{2}$,故B正确、C错误;
D、根据上述对BC选项的解答可得:F=$\frac{3μMg}{2}$
而t=4t0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=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动。故D正确。
故选:ABD。

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。

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