Question

如圖所示，一平板車質量M=100kg，停在水平路面上，平板離地面的高度h=1.25m．一質量m=50kg的物塊置于車的平板上，它到車尾的距離b=1.0m，與平板間的動摩擦因數μ=0.20．現對平板車施加一水平向右的恒力使車向右行駛，結果物塊從車板上滑落下來．物塊在平板車上滑動過程，車相對于地面向右行駛的距離是s₀=2.0m．求（不計路面與車輪間及輪軸間的摩擦，g取10m/s²）．
（1）物塊滑動時，受的摩擦力大小和方向；
（2）剛離開車板時，平板車的速度大小；
（3）物塊剛落地時，落地點到車尾的水平距離s．

Answer 1

（1）以m為研究對象進行分析，m在水平方向只受一個摩擦力f的作用，f=μmg=l00N，水平向右，
（2）根據牛頓第二定律知f=ma₁
得：a₁=μg=0.20×10m/s²=2m/s²
如圖，m從A點運動到B點，做勻加速直線運動，s_AB=s₀-b=1.00m，
運動到B點的速度υ_B為：
υ_B=

2a1sAB

=2m/s
物塊在平板車上運動時間為t₁=

vB

a1

=1s，在相同時間里平板車向前行駛的距離s₀=2.0m，則
s₀=

1

2

a₂t₁²，所以平板車的加速度a₂=4m/s²
此時平板車的速度為：v₂=a₂t₁=4×1=4m/s
（3）m從B處滑落時，以υ_B為初速度做平拋運動，落到C的水平距離為s₁，下落時間為t₂，
則 h=

1

2

gt₂²
t₂=

2h g

=0.5s
s₁=v_Bt₂=2×0.5m=1.0 m
對平板車M，在m未滑落之前，水平方向受二力作用，即F和物塊對平板車的摩擦力f，二者方向相反，平板車加速度為a₂，由牛頓第二定律得：F-f=Ma₂
則有：F=Ma₂+f=（100×4+0.2×50×10）N=500N
當m從平板車的B點滑落以后，平板車水平方向只受F作用，而做加速度為
a₃的勻加速運動，由牛頓第二定律得：F=Ma₃ 即a₃=

F

M

=5m/s²
在m從B滑落到C點的時間t=0.5s內，M運動距離s₂為s₂=v₂t+

1

2

a₃t²=2.625m
物塊落地時，落地點到車尾的水平距離s為
s=s₂-s₁=（2.625-1）m=1.625m
答：（1）物塊滑動時，受的摩擦力大小為l00N，水平向右；
（2）剛離開車板時，平板車的速度大小為4m/s；
（3）物塊落地時，落地點到車尾的水平距離s為1.625m．