高中 | 受力分析 题目答案及解析

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必修1

第三章 相互作用

3.5 力的分解

受力分析

质量为$m$的长木板$A$静止在光滑水平面上,另两个质量也是$m$的物块$B$$C$同时分别从$A$的左、右两端滑上$A$的上表面,初速度大小分别为$v$$2v$,如图所示,物块$B$$C$与长木板$A$间的动摩擦因数均为$\mu$,假设物块$B$$C$在长木板$A$表面上运动时始终没有碰撞。试求:

$B$$C$刚滑上长木板$A$时,$A$所受合外力为多大?

[["

$F_{A合}=0$

"]]

$A$受力分析可知,$A$在竖直方向上受力平衡,在水平方向上因物块$B$$C$与长木板$A$间的动摩擦因数均为$\mu $$B$$C$质量相等,故$F_{fCA}=F_{fBA}$,即$F_{A合}=0$

长木板$A$的最终运动速度为多大?

[["

$\\dfrac{v}{3}$

"]]

$A$$B$$C$组成的系统动量守恒,规定向左方向为正方向,由动量守恒定律有:$2mv-mv=3mv'$

解得$A$$B$$C$最终的共同速度$v'=\dfrac{v}{3}$,即木板$A$最终运动的速度为$\dfrac{v}{3}$

为使物块$B$$C$不相撞,长木板$A$至少多长?

[["

$\\dfrac{7v^{2}}{3\\mu g}$

"]]

由能量转化与守恒定律有:$Q_{总}=\dfrac{1}{2}mv^{2}+\dfrac{1}{2}m{(2v)}^{2}-\dfrac{1}{2} \cdot 3m\left( v'\right)^{2}$

$Q_{总}=\mu mg\cdot(\Delta x_{BA}+\Delta x_{CA}+\Delta x_{CA}')=\mu mg\Delta x_{总}$

为使$B$$C$不相撞由题意分析可知$l_{A}\geqslant \Delta x_{总}$

解得:$l_{A} \geqslant \dfrac{7v^{2}}{3\mu g}$

即长木板$A$的最小长度为$\dfrac{7v^{2}}{3\mu g}$

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