解题思路:物块滑落后做平抛运动,小车继续做匀加速运动,由平抛运动知识、牛顿第二定律、匀变速运动的位移公式可以求出物块从开始运动到落地的总时间;
根据动能定理列方程求物块落地时的速度大小;
先求出从开始到最后车的总位移,然后根据功的计算公式求所做的功.
(1)设作用于平板车的水平恒力F,物块与车板间的摩擦力为f,自车启动至物块离开车板经历的时间为t,在这过程中,车的加速度为a1,物块的加速度为a2,则有:
F-f=Ma1a1=4m/s2
f=ma2f=μmg
a2=μg=0.2×10=2m/s2
s1=[1/2]a1t2s2=[1/2]a2t2
s1-s2=b
得:t=1s
物块开始离开车板时刻,物块和车的速度分别为v和V,则有:V=a1t=4m/s v=a2t=2m/s
物块离开车板后平抛运动,其水平速度为v,所经历的时间为t1,走过的水平距离为s1,则有:
s1=vt
h=[1/2]gt12
解之得:
t1=
2h
g=
2×1.25
10s=0.5s
t总=t+t1=1.5s
(2)对物块从离开小车到落地这一过程运用机械能守恒:以地面为参考系,设落地时速度为v1,则有:
[1/2]mv12=mgh+[1/2]mv2
v1=
29m/s
(3)在这段时间内车的加速度为:a=[F/m]=[500/100]=5m/s2
车的运动地距离为:
s2=Vt1+[1/2]at12=4×0.5+
1
2×5×0.52=2.625m
从开始到最后车的总位移:
s=[1/2]a1t2+s2=4.625m
w=Fs=2312.5J
答:(1)求物块从开始运动到落地的总时间为1.5s;
(2)物块落地时速度的大小为
29m/s;
(3)物块从开始运动到落地的这段时间内恒力F所做的功为2312.5J.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动规律的综合运用;机械能守恒定律.
考点点评: 该题涉及到相对运动的过程,要求同学们能根据受力情况正确分析运动情况,并能熟练运用运动学基本公式解题,难度较大.