Question

質(zhì)量為m=1.0kg的小滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在質(zhì)量為M=3.0kg的長(zhǎng)木板的右端，木板上表面光滑，木板與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2，木板長(zhǎng)L=1.0m．開(kāi)始時(shí)兩者都處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)對(duì)木板施加水平向右的恒力F=12N，如下圖所示，經(jīng)一段時(shí)間后撤去F．為使小滑塊不掉下木板，試求：用水平恒力F作用的最長(zhǎng)時(shí)間．（g取10m/s²）

Answer 1

解：撤去F前后木板先加速后減速．設(shè)加速過(guò)程的位移為x₁，加速度為a₁，加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₁；減速過(guò)程的位移為x₂，加速度為a₂，減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₂．由牛頓第二定律得
撤力前：F-μ（m+M）g=Ma₁
解得a₁= m/s²
撤力后：μ（m+M）g=Ma₂
解得a₂= m/s²
又x₁=a₁t₁²，x₂=a₂t₂²
為使小滑塊不從木板上掉下，應(yīng)滿(mǎn)足x₁+x₂≤L
又a₁t₁=a₂t₂
由以上各式可解得t₁≤1 s
即作用的最長(zhǎng)時(shí)間為1s．
答：用水平恒力F作用的最長(zhǎng)時(shí)間是1s．
分析：由題，木板上表面光滑，當(dāng)木板運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊相對(duì)于地面靜止不動(dòng)．分析木板的運(yùn)動(dòng)情況，在撤去F前，木板做勻加速運(yùn)動(dòng)，撤去F后木板做勻減速運(yùn)動(dòng)．根據(jù)牛頓第二定律分別求出撤去F前后木板的加速度．由位移公式分別求出木板加速和減速運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系式．當(dāng)加速和減速的總位移小于等于木板的長(zhǎng)度時(shí)，滑塊不會(huì)從木板上滑下來(lái)，求出最長(zhǎng)的時(shí)間．
點(diǎn)評(píng)：本題首先要分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，其次把握滑塊不從木板上滑下的條件，即兩物體之間的幾何關(guān)系．