质量为m的机车头拖着质量均为m的n节车厢在平直轨道上以速度v匀速行驶,设机车头和各节车厢受到的阻力均为f,行驶中后面有一

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  • 解题思路:(1)最后面一节车厢脱落后,根据牛顿第二定律求解机车头和剩下的车厢的加速度.

    (2)根据速度公式求出最后面一节车厢从脱落到停止运动的时间,再求解机车头和剩下的车厢的速度.

    (3)采用同样的方法求出第二节车厢脱离、第三节车厢脱离…等等停止运动时,机车头和剩下的车厢的速度,总结规律,得出全部车厢脱落并停止运动时,机车头的速度.

    (1)最后面一节车厢脱落后,根据牛顿第二定律得

    机车头和剩下的车厢的加速度a1=[F−nf/nm]

    又由匀速运动时,F=(n+1)f,得

    a1=[f/nm]

    (2)最后面一节车厢脱落后,加速度大小为a′=[f/m]

    最后面一节车厢从脱落到停止运动的时间为t1=[v/a′]=[mv/f],

    则当它停止运动时,机车头和剩下的车厢的速度v1=v+a1t1=v+[f/nm•

    mv

    f]=[1+n/nv

    (3)第二节车厢脱离:

    v2=v1+a2t2=v1+

    2f

    (n−1)m]•

    mv1

    f=

    (1+n)v1

    n−1=

    (1+n)2v

    n(n−1)

    第三节车厢脱离:

    v3=v2+a3t3=v2+

    3f

    (n−2)m•

    mv2

    f=

    (1+n)v2

    n−2=

    (1+n)3v

    n(n−1)(n−2)

    同理可得:vn=

    (1+n)n

    n(n−1)(n−2)…2•1=

    (1+n)nv

    n!

    答:

    (1)最后面一节车厢脱落后,机车头和剩下的车厢的加速度是[f/nm].

    (2)最后面一节车厢脱落后,当它停止运动时,机车头和剩下的车厢的速度是[1+n/nv.

    (3)全部车厢脱落并停止运动时,机车头的速度是

    (1+n)nv

    n!].

    点评:

    本题考点: 牛顿运动定律的应用-连接体;匀变速直线运动的速度与时间的关系.

    考点点评: 本题物理原理比较简单,关键在于运用数学归纳法寻找规律,考查运用数学知识处理物理问题的能力.