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如图所示,质量m=1kg的物块A放在质量M=4kg木板B的左端,起初A、B静止在水平地面上,现用一水平向左的力F作用在木板B上,已知AB之间的动摩擦因数为μ1=0.4,地面与B之间的动摩擦因数为μ2=0.1

题目详情
如图所示,质量m=1kg的物块A放在质量M=4kg木板B的左端,起初A、B静止在水平地面上,现用一水平向左的力F作用在木板B上,已知AB之间的动摩擦因数为μ1=0.4,地面与B之间的动摩擦因数为μ2=0.1,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2.求:
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(1)能使AB发生相对滑动的F的最小值;
(2)若F=30N,作用1s后撤去,要想A不从B上滑落,则木板至少多长,从开始到AB均静止,A的总位移是多少?
▼优质解答
答案和解析
(1)当AB保持相对静止时,两者具有相同的加速度,此时A、B间的摩擦力达到最大静摩擦力,物体相对静止.
对于A由牛顿第二定律得 μ1mg=am  
代入数据解得 am=4m/s2
对AB整体由牛顿第二定律得 Fmin2(M+m)g=(M+m)am  
代入数据解得  Fmin=25N
(2)设F作用在B上时,A、B的加速度分别为a1、a2,撤掉F时速度分别为v1、v2,撤去外力F后加速度分别为
a
1
a
2
.AB共同运动时速度为v3,加速度为a2,AB都做匀加速直线运动.
对A由牛顿第二定律可得μ1mg=ma1   
代入数据解得 a1=4m/s2   
由速度公式得 v1=a1t1=4m/s
对B分析由牛顿第二定律得   F-μ1mg-μ2(M+m)g=Ma2  
代入数据解得 a2=5.25m/s2  
由速度公式得  v2=a2t1=5.25m/s
撤去外力后:
a
1
=a1=4m/s2   
a
2
=
μ1mg+μ2(M+m)g
M
=2.25m/s2
经过t2时间后AB速度相等 v1+
a
1
t2=v2-
a
2
t
代入数据解得t2=0.2s
则共同速度v3=v1+
a
1
t2=4.8m/s2
从开始到AB相对静止.AB的相对位移即为木板最短的长度L
L=xB-xA=
v
2
2
2a2
+
v
2
3
-
v
2
2
2
a
′2
2
-
1
2
a1(t1+t2)2=0.75m
AB速度相等后共同在水平面上匀减速运动,加速度a3=μ2g=1m/s2
从v3至最终静止位移为x=
v
2
3
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