Question

【題目】如圖甲所示，質(zhì)量為M=2kg的足夠長(zhǎng)的平板車(chē)放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m=1kg的物塊放在平板車(chē)的右端，物塊與平板車(chē)均處于靜止，現(xiàn)給平板車(chē)一個(gè)水平向右的推力，推力F隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示，推力F作用t=0.6s后撤去，最終物塊與平板車(chē)一起向前做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).已知物塊與平板車(chē)之間的動(dòng)摩擦因素為μ=0.4，重力加速度g=10m/s，求：

（1）推力F作用的瞬間，平板車(chē)的加速度大小；

（2）推力F做的功；

（3）物塊與平板車(chē)因摩擦產(chǎn)生的熱量（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）.

Answer 1

【答案】(1) 5m/s2 (2) 30.2J (3) 4.57 J

【解析】

（1）設(shè)推力作用的瞬間，平板車(chē)的加速度大小為a1，

根據(jù)牛頓第二定律：

F1-μmg=Ma1

解得

a1=5m/s2

（2）推力為F2時(shí)，平板車(chē)的加速度大�。�

a2=10 m/s2

推力為F1作用的時(shí)間內(nèi)，平板車(chē)的位移

x1==0.1 m

推力為F2作用的時(shí)間內(nèi)，平板車(chē)的位移：

x2=a1t1t2+= 1.2m

推力做的功為

W =F1x1+F2x2=30.2J

（3）設(shè)撤去推力時(shí)平板車(chē)的速度大小為v1，物塊的速度大小為v2，根據(jù)動(dòng)量定理有：

F1t1+F2t2-μmg（t1+t2）=Mv1

μmg（t1+t2）=mv2

解得

v1=5 m/s，v2=2.4 m/s

設(shè)物塊與平板車(chē)最終的速度為v，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有：

Mv1 +mv2 =（m+M）v

解得

v=m/s

物塊與平板車(chē)因摩擦產(chǎn)生的熱量

Q=W-（m+M）v2=4.57 J