| 动量守恒之木板滑块模型 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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,光滑水平面上有一质量$M=1\;\rm kg$的木板$A$,板左端有一质量$m=0.5\;\rm kg$的物块$B$(视为质点),$A$$B$间的动摩擦因数为$0.2$,初始时均处于静止状态,仅给物块$B$施加水平向右的力$F$$F$随时间$t$变化的图像如图乙所示,$1\;\rm s$末撤去$F$,物块$B$始终未从木板$A$上滑下。取$g=10\;\rm m/s^{2}$,最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,则$(\qquad)$

["

$1\\;\\rm s$时物块$B$的加速度大小为$4\\;\\rm m/s^{2}$

","

$1\\;\\rm s$时物块$B$的速度大小为$2\\;\\rm m/s$

","

$1\\;\\rm s$后木板$A$与物块$B$因摩擦产生的热量为$1.5\\;\\rm J$

","

木板$A$的长度可能为$1.5m$

"]
[["C"]]

$\rm A$、共速前对$A$分析,$\mu mg=Ma_{1}$,可得$A$木板最大加速度为$a_{1}=1\;\rm m/s$,假设开始运动时$A$$B$同步加速运动,看作整体,$F=(M+m)a$,由题知$0﹣1\;\rm s$内,$F\gt 2\;\rm N$,故$a\gt \dfrac{4}{3}\;\rm m/s\gt a_{1}$,所以假设不成立,$A$$B$$0﹣1\;\rm s$内不同步加速,在$1\;\rm s$$B$物块的运用牛顿第二定律,$F﹣\mu mg=ma_{2}$,解得$a_{2}=6\;\rm m/s$,故$\rm A$错误;

$\rm B$、根据$\rm A$选项分析,故$\rm B$错误;

$\rm C$$A$$0﹣1\;\rm s$内做匀加速直线运动,$v_{1}=a_{1}t$,解得$v_{1}=1\;\rm m/s$$B$$0﹣1\;\rm s$内做变加速直线运动,根据动量定理,$Ft﹣\mu mgt=mv_{2}$$F﹣t$图的面积即为冲量,解得$v_{2}=4\;\rm m/s$$A$$B$最终共速,运用用动量守恒,$Mv_{1}+mv_{2}=(M+m)v_{共}$,再对$A$$B$整体用能量守恒,$Q = \dfrac{1}{2}Mv_{1}^{2} + \dfrac{1}{2}mv_{2}^{2} - \dfrac{1}{2}(M + m)v_{共}^{2}$,解得$Q=1.5\;\rm J$,故$\rm C$正确;

$\rm D$、根据$\rm C$选项分析可知$1\;\rm s$$A$$B$因摩擦产生的热量$Q=1.5\;\rm J$,根据摩擦产生热量计算公式$Q=\mu mgx_{相对}$,可得$1\;\rm s$$A$$B$相对位移$x_{相对}=1.5\;\rm m$,根据$\rm A$选项分析可知在$0﹣1\;\rm s$$A$$B$也在相对运动,且相对运动方向与$1\;\rm s$后一致,所以木板的长度一定大于$1.5m$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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