如图所示,质量M=4kg的木滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定着一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离l=0.5m,这段滑板与木块A之间的动摩擦因数μ=0.2;而弹簧自由端C到弹簧固定端D所对应的滑板上表面光滑. 可视为质点的小木块A质量m=1kg,原来静止于滑板的左端,现滑板B受水平左的恒力F=26N,作用时间t后撤去,这时木板A恰好到达弹簧的自由C处(不贴连),假设A、B间的最大静摩擦力跟滑动摩擦力相等,g取10m/s2,试求:
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(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)木块A最终是否离开滑板B,如果离开,离开时A的速度是多大?如果不能离开,停在距滑板左端多远处?(弹簧始终在弹性限度内)
解析:(1)木块A和滑板B均向左做初速为零的匀加速直线运动
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则![]()
得t=0.5s
(2)ts末木块A和滑板B的速度分别为
vA=1m/s vB=3m/s
撤去外力F后,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。
根据动量守恒守律,得mvA+MvB=(m+M)v,得v=2.6m/s
由能量守恒定律
=1.6J
(3)从A接触弹簧到弹簧压缩到最短,到两物体有共同速度;又从弹簧恢复原长,两物体分离直到假设两物体最终相对静止,又具有相同的共同速度.设物体在有摩擦部分相对走过的路程为
由能量守恒:![]()
证明假设不成立,A物体最终滑离B.
设滑离时速度分别是
、![]()
由动量守恒定律:![]()
由能量守恒:![]()
=3.6m/s.