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如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,可视为质点的小木块A质量m=1kg,

题文

如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,可视为质点的小木块A质量m=1kg,原来静止于滑板的左端,滑板与木块A之间的动摩擦因数μ=0.2.当滑板B受水平向左恒力F=14N作用时间t后,撤去F,这时木块A恰好到达弹簧自由端C处,此后运动过程中的最大压缩量为x=5cm.g取10m/s2,求:
(1)水平恒力F的作用时间t
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能;
(3)整个运动过程中系统产生的热量.


题型:未知 难度:其他题型

答案

(1)木块A和滑板B均向左做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得:
aA=μmgm=μg=2m/s2
aB=F-μmgM=3m/s2
根据题意有:sB-sA=L,即 12aBt2-12aAt2=L
代入数据得:t=1s
(2)1秒末木块A和滑板B的速度分别为:vA=aAt=2m/s,vB=aBt=3m/s
当木块A和滑板B的速度相同时,弹簧压缩量最大,具有最大弹性势能.
根据动量守恒定律有mvA+MvB=(m+M)v
由能的转化与守恒得:12mvA2+12MvB2=12(m+M)v2+EP+μmgx
代入数据求得最大弹性是能EP=0.3J
(3)二者同速之后,设木块相对木板向左运动离开弹簧后系统又能达到共同速度v′,相对木板向左滑动距离为s,有
mvA+MvB=(m+M)v/,解得:v=v′
由能的转化与守恒,EP=μmgs得,s=0.15m
由于x+L>s且s>x,故假设成立
整个过程系统产生的热量为Q=μmg(L+s+x)=1.4J
答:(1)水平恒力F的作用时间t为1s.(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为0.3J;(3)整个运动过程中系统产生的热量是1.4J.

解析

μmgm

考点

据考高分专家说,试题“如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在.....”主要考查你对 [动量守恒定律 ]考点的理解。

动量守恒定律

动量守恒定律:
1、内容:一个系统不受外力或者所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。
2、表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
3、动量守恒定律成立的条件:
①系统不受外力或系统所受外力的合力为零;
②系统所受的外力的合力虽不为零,但系统外力比内力小得多,如碰撞问题中的摩擦力,爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多,可以忽略不计;
③系统所受外力的合力虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统的总动量的分量保持不变。
4、动量守恒的速度具有“四性”:
①矢量性;②瞬时性;③相对性;④普适性。

动量守恒定律与机械能守恒定律的比较:


如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,可视为质点的小木块A质量m=1kg,


如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,可视为质点的小木块A质量m=1kg,


如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,可视为质点的小木块A质量m=1kg,

系统动量守恒的判断方法:

方法一:南动量守恒的条件判断动量守恒的步骤如下:
(1)明确系统由哪几部分组成。
(2)对系统中各物体进行受力分析,分清哪些是内力,哪些是外力。
(3)看所有外力的合力是否为零,或内力是否远大于外力,从而判断系统的动量是否守恒。
方法二:南系统动量变化情况判断动量守恒方法如下:
(1)明确初始状态系统的总动量是多少。
(2)对系统内的物体进行受力分析、运动分析,确定每一个物体的动量变化情况。
(3)确定系统动量变化情况,进而判定系统的动量是否守恒。

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