Question

一平板车，质量M=100千克，停止在水平路面上，车身的平板离地面的高h=1.25米，一质量m=50千克的小物块置于车的平板上，它到车尾端的距离b=2.00米，与车板间的滑动摩擦系数μ=0.20，如图所示，今对平板车施一水平方向的恒力，使车向右行驶，结果物块从车板上滑落，物块刚离开车板的时刻，车向右行驶的距离S₀=3.0米，求物块落地时，落地点到车尾的水平距离S，（不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦，取g=10米/秒²）

Answer 1

解：（1）以m为研究对象进行分析，m在水平方向只受一个摩擦力f的作用，f=μmg，
根据牛顿第二定律知f=ma₁
a₁=μg=0.20×10m/s²=2m/s²
如图，
m从A点运动到B点，做匀加速直线运动，s_AB=s₀-b=1.00m，
运动到B点的速度υ_B为：υ_B=m/s=2m/s
物块在平板车上运动时间为t₁==s=1s，在相同时间里平板车向前行驶的距离s₀=3.0m，则：s₀=a₂t₁²，
所以平板车的加速度：a₂===6m/s²
此时平板车的速度为：v₂=a₂t₁=6×1=6m/s
（2）m从B处滑落时，以υ_B为初速度做平抛运动，落到C的水平距离为s₁，下落时间为t₂，
则 h=gt₂²
t₂==0.5s
s₁=v_Bt₂=2×0.5m=1.0 m
对平板车M，在m未滑落之前，水平方向受二力作用，即F和物块对平板车的摩擦力f，二者方向相反，平板车加速度为a₂，由牛顿第二定律得：F-f=Ma₂
则有：F=Ma₂+f=（100×4+0.2×50×10）N=500N
当m从平板车的B点滑落以后，平板车水平方向只受F作用，而做加速度为a₃的匀加速运动，
由牛顿第二定律得：F=Ma₃ 即a3==5m/s²
在m从B滑落到C点的时间t=0.5s内，M运动距离s₂为：s₂=v₂t+a₃t²=3.625m
物块落地时，落地点到车尾的水平距离s为：
s=s₂-s₁=（3.625-1）m=2.625m
答：物块落地时，落地点到车尾的水平距离s为2.625m．
分析：以m为研究对象进行分析，m在车板上的水平方向只受一个摩擦力f的作用，所以m从A点运动到B点，做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律及运动学基本公式求出运动到B点的速度、位移等，以小车为研究对象，求出平板车的速度；m从B处滑落时，以υ_B为初速度做平抛运动，根据平抛运动的基本公式求出运动的时间和位移，对平板车M，在m未滑落之前，水平方向受二力作用，即F和物块对平板车的摩擦力f，二者方向相反，当m从平板车的B点滑落以后，平板车水平方向只受F作用，做匀加速直线运动，分别根据运动学基本公式求出位移，进而可求得物块落地时，落地点到车尾的水平距离s
点评：该题涉及到相对运动的过程，要求同学们能根据受力情况正确分析运动情况，并能熟练运用运动学基本公式解题，难度较大．