解题思路:(1)以AB整体分析,整个过程动量守恒;
(2)滑块B以以v1=3.0m/s和v2=7.5m/s的初速度冲上木板A,木板A最终速度的大小也为v=1.5m/s,说明一个滑块未掉下达到共同速度,利用动量守恒定律可求两物体质量关系,速度大时,滑块滑下,根据运动学公式求解即可;
(3)两个过程,滑块初速度较小时,滑块掉不下来根据动量守恒定律,寻找关系;当速度较大时,滑块滑下,根据相对位移不变为木板长度列式找关系.
(1)设向右为正方向,根据动量守恒定律得:mv0=(M+m)v
解得:v=
mv0
m+M
(2)由题意得:
滑块B以v1=3.0m/s的初速度冲上木板A,滑块未掉下就达到共同速度,由动量守恒定律得:
mv1=(M+m)v
即:3m=1.5(m+M)
解得:M=m ①
当滑块B以v1=7.5m/s的初速度冲上木板A,滑块掉下
由牛顿第二定律得:
对滑块:a1=
μmg
m=μg=0.3×10m/s2=3m/s2
对木板:a2=
μmg
M=μg=0.3×10m/s2=3m/s2
滑块在木板上运动时间为:t=
v
a1=
1.5
3s=0.5s
这段时间内滑块前进的位移为:x1=v0t−
1
2a1t2=7.5×0.5−
1
2×3×0.52m=3.375m
木板前进的位移为:x2=
1
2a2t2=
1
2×3×0.52m=0.375m
木板A的长度为:L=x1-x2=3.375-0.375m=3m
(3)滑块的速度比较小时,滑块掉不下去,
根据动量守恒得:
滑块和木板的速度相同为:v=
mv0
m+M,即v与v0成正比,
当滑块初速度比较大时,滑块掉下,相对位移不变,设滑块掉下去时,木板的速度为v;
滑块在木板上运动时间为:t=
v
a2=
v
3
这段时间内滑块前进的位移为:x1=v0t−
1
2a1t2=v0×
v
3−
1
2×3×(
v
3)2=
vv0
3−
v2
6
木板前进的位移为:x2=
1
2a2t2=
1
2×3×(
v
3)2=
v2
6
L=x1−x2=
vv0
3−
v2
6−
v2
6=
vv0−v2
3
即:v0=v+
9
v,
当且仅当v=
9
v,即v=3m/s时,v0有最小值,即当v0≥3+
9
3m/s=6m/s,滑块滑下木板,
其图象如图所示:
答:(1)求木板A最终的速度v=
mv0
m+M.
(2)木板A的长度L=3m.
(3)见上图.
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: 本题是动量守恒定律与动能定理、能量守恒定律的综合运用,分析清楚物体的运动过程,把握物理规律是关键.