如图质量M=8㎏的小车放在光滑水平面上,在小车右端施加一水平恒力F=8N.当小车向右运动速度达到3m/s时,在小车的右端

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  • 解题思路:(1)分别对滑块和平板车进行受力分析,根据牛顿第二定律求出各自加速度,物块在小车上停止相对滑动时,速度相同,即可以求出时间,从而求出小车的最小长度;

    (2)先求出物块3s末的速度,对木块运用动能定理即可求解摩擦力做功,求出小车3s内的位移,根据恒力做功公式即可求解.

    (1)根据牛顿第二定律得,物块的加速度a1=

    μmg

    m=μg=2m/s2,

    小车的加速度a2=

    F−μmg

    M=

    8−0.2×20

    8m/s2=0.5m/s2

    设经过t时间小物块与小车的速度相同,有:a1t=v0+a2t

    解得t=

    v0

    a1−a2=

    3

    2−0.5s=2s.

    此时物块的位移x1=

    1

    2a1t2=

    1

    2×2×4m=4m

    小车的位移x2=v0t+

    1

    2a2t2=3×2+

    1

    2×0.5×4m=7m.

    小车至少的长度L=x2-x1=7-4m=3m.

    (2)2s末两物体的速度相同,大小v=a1t=4m/s,然后物块和小车一起做匀加速直线运动.

    根据牛顿第二定律得,a=

    F

    M+m=

    8

    10m/s2=0.8m/s2.

    3末物块的速度v′=v+at′=4+0.8×1m/s=4.8m/s.

    根据动能定理得,Wf=

    1

    2mv2−0=

    1

    2×2×4.82J=23.04J.

    小车在前2s内的位移为7m,后1s内的位移x3=vt′+

    1

    2at′2=4×1+

    1

    2×0.8×1m=4.4m.

    则小车在前3s内的位移x=7+4.4m=11.4m.

    所以恒力F所做的功WF=Fx=8×11.4J=91.2J.

    答:(1)小车至少长度为3m;

    (2)摩擦力对小物块做的功为23.04J.拉力F对小车所做的功为91.2J.

    点评:

    本题考点: 动能定理的应用;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律.

    考点点评: 该题是相对运动的典型例题,要认真分析两个物体的受力情况,正确判断两物体的运动情况,再根据运动学基本公式求解,难度适中.