解题思路:(1)由牛顿第二定律可以求出加速度.
(2)由牛顿第二定律与运动学公式可以求出运动时间.
(3)由牛顿第二定律求出加速度,由匀变速运动的位移公式求出时间,然后应用牛顿第二定律、动量守恒定律与能量守恒定律求出力的范围.
(1)设A和C一起向右加速,它们之间静摩擦力为f,
由牛顿第二定律得:F=(M+mA)a,
解得:a=3m/s2,
对A,f=mAa=1×3=3N<μmAg=4N,则A、C相对静止,一起加速运动;
(2)A在与B碰之前运动时间最短,必须加速度最大,
由牛顿第二定律得:fm=μmAg=mAa1,
位移:L-s1=[1/2]a1t12,解得:t1=0.6s;
(3)在A与B发生碰撞时,A刚好滑至板的左端,则此种情况推力最大,设为F1,
对板C,由牛顿第二定律得:F1-μmAg=MaC,位移:L=[1/2]aCt12,解得:F1=[40/3]N≈13.3N,
若A与C没有发生相对滑动,设推力最小为F2.A与B发生弹性碰撞之前,
对A和C,由动能定理得:F2(L-s)=[1/2](M+mA)v12-0,
A与B发生弹性碰撞,因质量相等,A的速度交换给B,A静止,
而后刚好撤去外力,A与C发生相对滑动,A滑至C的左端时A、C刚好共速,
以C的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:Mv1=(M+mA)v2,
由能量守恒定律得:μmAgs=[1/2]Mv12-[1/2](M+mA)v22,
解得:F2=3N,
综合以上分析,推力的范围:3N<F<13.3N;
答:(1)当F=9N时,小物块A的加速度为3m/s2;
(2)若F足够大,则A与B碰撞之前运动的最短时间是0.6s;
(3)若在A与B发生弹性碰撞时撤去力F,A最终能滑出C,则F的取值范围是3N<F<13.3N.
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: 本题是一道力学综合题,是多体多过程问题,比较复杂,分析清楚各物体的运动过程是正确解题的前提与关键,应用牛顿第二定律、运动学公式、动量守恒定律、动能定理即可正确解题,解题时要注意假设法的应用.