解题思路:当m在M上时,通过受力分析由牛顿第二定律求出M的加速度,判断出4s时m是否还在M上,会发现4s时m已经脱离M,所以判断出m离开M的时间和此时M具有的速度和通过的位移,当m离开M只有求出M具有的加速度,求出在力F的作用力下通过的位移,即可求出力F做的功.
根据牛顿第二定律,M的加速度为:a=
F−μ(M+m)g
M=
12−0.25×(2+2)×10
2m/s2=1m/s2
假设4s内m不脱离M,则M的位移为:x=
1
2at2=[1/2×1×42m=8m>2m
所以,4s前m脱离M,设经历t1脱离,脱离时M的速度为v1,
∵L=
1
2at12
∴t1=
2L
a=
2×2
1s=2s
v1=at1=1×2m/s=2m/s
m、M脱离后,M的加速度为:a′=
F−μMg
M]=
12−0.25×2×10
2m/s2=3.5m/s2
m、M脱离后,M前进的距离为:L′=v1(t−t1)+
1
2a′(t−t1)2=2×(4−2)+
1
2×3.5×(4−2)2m=11m
根据功的公式,力F对木板所做的功为:WF=F(L+L')=12×(2+11)J=156J
答:力F对木板所做的功为156J.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;功的计算.
考点点评: 该题涉及到相对运动的过程,要认真分析物体的受力情况和运动情况,并能熟练地运用匀变速直线运动的公式,选择恰当的过程运用动能定理解题,本题难度较大.