物体A的质量M=1kg,静止在光滑水平面上的平板车B的质量为m=0.5kg、长L=1m.某时刻A以v0=4m/s向右的初

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  • 解题思路:首先分析物体A和车的运动情况:A相对于地做匀减速运动,车相对于地做匀加速运动.开始阶段,A的速度大于车的速度,则A相对于车向右滑行,当两者速度相等后,A相对于车静止,则当两者速度相等时,物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离.由牛顿第二定律和运动学公式结合,以及速度相等的条件,分别求出A与车相对于地的位移,两者之差等于A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离.

    要使A不从B上滑落,是指既不能从B的右端滑落,也不能左端滑落.物体A不从右端滑落的临界条件是A到达B的右端时,A、B具有共同的速度,根据牛顿第二定律和运动学公式结合,以及速度相等的条件,可求出此时F,为F的最小值.物体A不从左端滑落的临界条件是A到达B的左端时,A、B具有共同的速度,可求出此时F的最大值,综合得到F的范围.

    (1)物体A滑上木板B以后,作匀减速运动,有µMg=MaA得aA=µg=2 m/s2

    木板B作加速运动,有F+µMg=maB,得:aB=14 m/s2

    两者速度相同时,有V0-aAt=aBt,得:t=0.25s

    A滑行距离:SA=V0t-[1/2aAt2=

    15

    16]m

    B滑行距离:SB=[1/2aBt2=

    7

    16]m

    最大距离:△s=SA-SB=0.5m

    (2)物体A不滑落的临界条件是A到达B的右端时,A、B具有共同的速度v1

    则:

    v02−V12

    2aA=

    V12

    2aB+L…①又:

    v0−V1

    aA=

    V1

    aB…②

    由①、②式,可得:aB=6m/s2F=maB-µMg=1N

    若F<1N,则A滑到B的右端时,速度仍大于B的速度,于是将从B上滑落,所以F必须大于等于1N.

    当F较大时,在A到达B的右端之前,就与B具有相同的速度,之后,A必须相对B静止,才不会从B的左端滑落.

    即有:F=(m+M)a,µMg=ma 所以:F=3N

    若F大于3N,A就会相对B向左滑下.综上:力F应满足的条件是:1N≤F≤3N

    答:(1)若F=5N,物体A在小车上运动时相对小车滑行的最大距离为0.5m.

    (2)要使A不至于从B上滑落,拉力F大小应满足的条件是1N≤F≤3N

    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;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

    考点点评: 牛顿定律和运动公式结合是解决力学问题的基本方法,这类问题的基础是分析物体的受力情况和运动情况,难点在于分析临界状态,挖掘隐含的临界条件.