解题思路:(1)分析小铁块的受力,根据牛顿第二定律求解小铁块在长木板上滑动时的加速度的大小和方向;(2)小铁块先沿斜面向下做匀减速运动至速度为零,再沿斜面向上做匀加速运动,最终以速度v与长木板一起沿斜面向上做匀速运动.根据速度公式求出小铁块从开始向下滑动到速度与木板相同所需要的时间,根据位移公式求出此过程小铁块和木板的位移,由几何关系求出长木板最小的长度.(3)对木板,由平衡条件求出拉力的大小,再求出拉力做功.
(1)设小铁块的加速度大小为a.取沿斜面向上方向为正方向,根据牛顿第二定律得
f2-m2gsinθ=m2a
又f2=μN2=μm2gcosθ
得a=g(μcosθ-sinθ)=1.2m/s2,方向沿斜面向上.
(2)小铁块先沿斜面向下做匀减速运动至速度为零,再沿斜面向上做匀加速运动,最终以速度v与长木板一起沿斜面向上做匀速运动.设经过时间t后小铁块达到速度v,则
v-(-v0)=at
得t=
v0+v
g(μcosθ−sinθ)=2.5s
设此段时间内小铁块的位移为s1,木板的位移为s2,则有
s1=
(v0−v)t
2,方向沿斜面向下,s2=vt,方向沿斜面向上.
∵[L/2≥s1+s2
∴L≥2(s1+s2)=
(v0+v)2
g(μcosθ−sinθ)]=7.5m
(3)对木板:F=f1+f2+m1gsinθ,f1=μN1
则中拉力做功为W=Fs2=102J
答:
(1)小铁块在长木板上滑动时的加速度为1.2m/s2,方向沿斜面向上.
(2)长木板至少为7.5m.
(3)在小铁块从木板中点运动到与木板速度相同的过程中拉力做了102J功.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题关键要正确分析铁块的运动情况,运用牛顿第二定律和运动学公式结合处理是基本方法.