Question

如图，两个滑块A和B的质量分别为m_A＝1 kg和m_B＝5 kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为μ₁＝0.5；木板的质量为m＝4 kg，与地面间的动摩擦因数为μ₂＝0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v₀＝3 m/s，A、B相遇时，A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g＝10 m/s²，求：

（1）B与木板相对静止时，木板的速度；

（2）A、B开始运动时，两者之间的距离。

Answer

（1）1m/s；（2）1.9m。

【解析】

（1）滑块A和B在木板上滑动时，木板也在地面上滑动，设A、B和木板所受的摩擦力大小分别为f1、f2和f3，A和B相对于地面的加速度大小分别是aA和aB，木板相对于地面的加速度大小为a1，在物块B与木板达到共同速度前有

①

②

③

由牛顿第二定律得

④

⑤

⑥

设在t1时刻，B与木板达到共同速度，设大小为v1。由运动学公式有

⑦

⑧

联立①②③④⑤⑥⑦⑧式，代入已知数据，可得B与木板相对静止时，木板的速度

⑨

（2）在t1时间间隔内，B相对于地面移动的距离为

⑩

设在B与木板达到共同速度v1后，木板的加速度大小为a2，对于B与木板组成的体系，由牛顿第二定律有

⑪

由①②④⑤式知，aA=aB；再由⑦⑧可知，B与木板达到共同速度时，A的速度大小也为v1，但运动方向与木板相反；由题意知，A和B相遇时，A与木板的速度相同，设其大小为v2，设A的速度大小从v1变到v2所用时间为t2，则由运动学公式，对木板有

⑫

对A有

⑬

在t2时间间隔内，B（以及木板）相对地面移动的距离为

⑭

在(t1+t2)时间间隔内，A相对地面移动的距离为

 ⑮

A和B相遇时，A与木板的速度也恰好相同，因此A和B开始运动时，两者之间的距离为

⑯

联立以上各式，代入数据，A、B开始运动时，两者之间的距离

⑰

答：（1）B与木板相对静止时，木板的速度为1m/s；（2）A、B开始运动时，两者之间的距离为1.9m。