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完全相同的十三个扁长木块紧挨着放在水平地面上,如图所示,每个木块的质量m=0.40kg,长度L=0.5m.它们与地面间的动摩擦因数为μ1=0.10,原来所有木块处于静止状态.左方第一个木块的左端
题目详情
完全相同的十三个扁长木块紧挨着放在水平地面上,如图所示,每个木块的质量m=0.40kg,长度L=0.5m.它们与地面间的动摩擦因数为μ1=0.10,原来所有木块处于静止状态.左方第一个木块的左端上方放一质量为M=1.0kg的小铅块,它与木块间的动摩擦因数为μ2=0.20.物体所受最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,现突然给铅块一向右的初速度v0=5m/s,使其开始在木块上滑行.(重力加速度g=10m/s2,设铅块的长度与木块长度L相比可以忽略.)
(1)铅块在第几块木块上运动时,能带动它右面的木块一起运动?
(2)小铅块最终是滑出所有木块,还是停在那块木块上?若停在木块上,求出铅块停在木块上的位置.
(1)铅块在第几块木块上运动时,能带动它右面的木块一起运动?
(2)小铅块最终是滑出所有木块,还是停在那块木块上?若停在木块上,求出铅块停在木块上的位置.
▼优质解答
答案和解析
(1)木块受到铅块提供的滑动摩擦力f0=μ2Mg=2.0N
有铅块的那个木块与地面间的最大静摩擦力为f1=μ1(M+m)g=1.4N
其余每个木块与地面间的最大静摩擦力为f2=μ1mg=0.4N
设铅块到第n个木块时,第n个木块及后面的木块开始在地面上滑动,则
f0>(13-n)f2+f1,
得 n>11.5
即当铅块滑到第12个木块左端时,12、13两木块开始在地面上滑动.
(2)铅块刚滑上第12个木块左端时的速度v1,由动能定理得
-μ2Mg•11L=
M
-
M
解得v1=
m/s
铅块滑动的加速度a0=-
=-μ2g=-2m/s2
此时第12、13的加速度a1=
=0.25m/s2
以第12、13两木块为参考系,铅块滑到第12个木块右端时相对木块的速度v2满足
−
=2(a0-a1)L
解得,v2=
m/s>0
故铅块可以滑上第13个木块,在第13个木块上滑动时,木块的加速度为
a2=
=1.5m/s2
以第13个木块为参照,铅块相对木块13静止时滑行的距离为s=
=0.107m<L
所以,铅块最终停在第13块木块上,距离其左端0.107m.
答:
(1)铅块在第12块木块上运动时,能带动它右面的木块一起运动.
(2)铅块最终停在第13块木块上,距离其左端0.107m.
有铅块的那个木块与地面间的最大静摩擦力为f1=μ1(M+m)g=1.4N
其余每个木块与地面间的最大静摩擦力为f2=μ1mg=0.4N
设铅块到第n个木块时,第n个木块及后面的木块开始在地面上滑动,则
f0>(13-n)f2+f1,
得 n>11.5
即当铅块滑到第12个木块左端时,12、13两木块开始在地面上滑动.
(2)铅块刚滑上第12个木块左端时的速度v1,由动能定理得
-μ2Mg•11L=
1 |
2 |
v | 2 1 |
1 |
2 |
v | 2 0 |
解得v1=
3 |
铅块滑动的加速度a0=-
μ2Mg |
M |
此时第12、13的加速度a1=
μ2Mg−μ1(M+2m)g |
2m |
以第12、13两木块为参考系,铅块滑到第12个木块右端时相对木块的速度v2满足
v | 2 2 |
v | 2 1 |
解得,v2=
| ||
2 |
故铅块可以滑上第13个木块,在第13个木块上滑动时,木块的加速度为
a2=
μ2Mg−μ1(M+m)g |
m |
以第13个木块为参照,铅块相对木块13静止时滑行的距离为s=
0−
| ||
2(a0−a2) |
所以,铅块最终停在第13块木块上,距离其左端0.107m.
答:
(1)铅块在第12块木块上运动时,能带动它右面的木块一起运动.
(2)铅块最终停在第13块木块上,距离其左端0.107m.
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