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如图所示,长度L=1m、质量M=0.25kg的木板放在光滑水平面上,质量 m=2...

如图所示,长度L=1m、质量M=0.25kg的木板放在光滑水平面上,质量 m=2kg的物块(可视为质点)位于木板的左端,木板和物块间的动摩擦因数μ=0.1.现突然给木板一向左的初速度v=2m/s,同时对物块施加一水平向右的恒定拉力F=10N,经过一段时间后,物块与木板相对静止,取g=10m/s2.求:
(1)物块最终在木板上的位置.
(2)上述过程中拉力F做的功和系统产生的热量.

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(1)由题意知木块向右作匀加速运动,木板先向左匀减速运动,再向右匀加速运动,根据牛顿第二定律求出木块和木板的加速度,当木块、木板具有共同速度时,两者不再发生相对滑动,一直匀速运动下去,求出运动时间,根据位移公式求解最终位置. (2)拉力F做的功W=Fs,s是此过程木块的位移.系统产生的热量Q=f△s,△s是木块与木块的相对位移. 【解析】 (1)由题意知木块向右作匀加速运动,木板先向左匀减速运动,再向右匀加速运动 木块与木板间滑动摩擦力f=μmg=2N 根据牛顿第二定律知 木块的加速度为 a1==4m/s2 木板的加速度为 a2==8m/s2 当木块、木板具有共同速度时,两者不再发生相对滑动,一直匀速运动下去.设经过时间t,两者速度相同. 即:a1t=-v+a2t 解得t=0.5s,共同速度大小为v=a1t=2m/s=v, 可见木板此时恰好回到原位置,位移为零 此过程木块的位移为s=at2=0.5m,所以木块最终停在木板的中点上. (2)拉力F做的功W=Fs=10×0.5J=5J 由上可知,木块与木板的相对位移为△s=0.5L=0.5m 系统产生的热量Q=f△s=2×0.5J=1J. 答: (1)从开始运动到物块与板相对静止,经过的时间是0.5s,木块最终停在木板的中点上; (2)上述过程中拉力F做的功是5J,系统产生的热量是1J.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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