解题思路:(1)隔离对滑块和木板分析,根据牛顿第二定律求出滑块和木板的加速度.
(2)设F作用的时间至少为t,根据位移公式求出t时间相对滑动的位移,抓住临界状态时,小滑块刚好到达左端时与木板的速度相同,结合动量守恒定律和能量守恒定律列式,求出F至少作用的时间.
(1)设外力作用时间为t,小滑块在木板上运动的距离为s,小滑块的加速度为:
a1=
μmg
m=μg=4m/s2
木板加速度:a2=
F−μmg
M=
28−0.4×10
4=6m/s2.
小滑块相对滑动的位移:s0=
1
2a2t2−
1
2a1t2=t2
(2)刚撤去F上,小滑块的速度为:v1=a1t=4t,
木板的速度为:v2=a2t=6t,
撤去F后,系统的动量守恒,则有:mv1+Mv2=(M+m)v
解得:v=
28
5t,
当滑块刚好滑到木板的左端时,由能量守恒有:
μmg(s−s0)=
1
2mv12+
1
2Mv22-
1
2(M+m)v2,
代入数据解得:t=1s.
答:(1)在力F作用时,滑块和木板的加速度各是4m/s2、6m/s2.
(2)要使小滑块从木板上掉下来,力F作用的时间至少要1s.
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: 本题考查了牛顿第二定律、动量守恒定律、能量守恒定律和运动学公式的综合运用,关键理清在整个过程中的运动规律,抓住临界状态,选择合适的规律进行求解.