| 动量守恒之木板滑块模型 题目答案及解析

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选修3-5

第十六章 动量守恒定律

16.3 动量守恒定律

动量守恒之木板滑块模型

如图甲所示,长木板$A$放在光滑的水平面上,质量为$m=4\;\rm kg$的另一物体$B$(可看成质点)以水平速度$v_{0}=2\;\rm m/s$滑上原来静止的长木板$A$的上表面。由于$A$$B$间存在摩擦,之后$A$$B$速度随时间变化情况如图乙所示,$g$$10\;\rm m/s^{2}$,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

木板获得的动能为$2\\;\\rm J$

","

系统损失的机械能为$4\\;\\rm J$

","

木板$A$的最小长度为$2\\rm \\;m$

","

$A$$B$间的动摩擦因数为$0.1$

"]
[["ABD"]]

$\rm A$、由图乙可知,物体$B$和长木板$A$最终共速,共同速度大小$v=1\;\rm m/s$,设木板的质量为$M$,取向右为正方向,由动量守恒定律有

$mv_{0}=(m+M)v$

解得:$M=4\;\rm kg$

则木板获得的动能为

$E_{k}$$= \dfrac{1}{2}Mv^{2} = \dfrac{1}{2} \times 4 \times 1^{2}\;\rm J=2\;\rm J$,故$\rm A$正确;

$\rm B$、系统损失的机械能为$\Delta E$$= \dfrac{1}{2}{mv}_{0}^{2} - \dfrac{1}{2}(m+M)v^{2}$,解得:$\Delta E=4\;\rm J$,故$\rm B$正确;

$\rm CD$、当物体$B$恰好到达长木板右端时,木板的长度最短,由$v﹣t$图像与时间轴所围的面积表示位移可知,当物体与木板共速时,物体的对地位移为$x_{B} = \dfrac{1}{2} \times 1 \times (2 + 1)\;\rm m = 1.5\;\rm m$

长木板的对地位移为$x_{A} = \dfrac{1}{2} \times 1 \times 1\;\rm m = 0.5\;\rm m$

则木板的最小长度为

$L=x_{B}-x_{A}=1.5\;\rm m-0.5\;\rm m=1\;\rm m$

由能量守恒定律有$\mu mgL = \dfrac{1}{2}mv_{0}^{2} - \dfrac{1}{2}(m + M)v^{2}$

解得:$\mu =0.1$,故$\rm C$错误,$\rm D$正确。

故选:$\rm ABD$

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