Question

【题目】如图甲所示，质量为M=0.5kg的木板静止在光滑水平面上，质量为m=1kg的物块以初速度v0=4m/s滑上木板的左端，物块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.2，在物块滑上木板的同时，给木板施加一个水平向右的恒力F．当恒力F取某一值时，物块在木板上相对于木板滑动的路程为s，给木板施加不同大小的恒力F，得到 的关系如图乙所示，其中AB与横轴平行，且AB段的纵坐标为1m﹣1 ． 将物块视为质点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2 ．

（1）若恒力F=0，则物块会从木板的右端滑下，求物块在木板上滑行的时间是多少？
（2）图乙中BC为直线段，求该段恒力F的取值范围及 函数关系式．

Answer 1

【答案】
（1）

解：以初速度v0为正方向，物块的加速度大小：

木板的加速度大小：

由图乙知，板长L=1m

滑块相对木板的路程：

联立解得：

当t=1s时，滑块的速度为2m/s，木板的速度为4m/s，而当物块从木板右端滑离时，滑块的速度不可能小于木板的速度，t=1s应舍弃，故所求时间为

（2）

解：①当F较小时，物块将从木板右端滑下，当F增大到某一值时物块恰好到达木板的右端，且两者具有共同速度v，历时t1，则： v=v0﹣amt1=a1t1

位移关系：

联立解得：

由图乙知，相对路程：s≤1m

代入解得：F≥1N

②当F继续增大时，物块减速、木板加速，两者在木板上某一位置具有共同速度；当两者共速后能保持相对静止（静摩擦力作用）一起以相同加速度a做匀加速运动，则：

f=ma

由于静摩擦力存在最大值，所以：f≤fmax=μmg=2N

联立解得：F≤3N

③综述：BC段恒力F的取值范围是1N≤F≤3N，函数关系式是

【解析】（1）由题，若恒力F=0，则物块会从木板的右端滑下，分别对物块与木板进行受力分析，结合牛顿第二定律求出加速度，然后结合位移关系即可求出；（2）由图像可看出当F小于某一值F1时，m物体在板上的路程始终等于板长S，当F等于某一值F1时，刚好不从木板右端掉下，此后一起相对静止并加速运动，根据牛顿第二定律及运动学基本公式，抓住位移之间的关系列式，联立方程求出B在A上相对A向右运动的路程S与F、v0的关系式，把S=1m带入即可求解F1；
当F1≤F≤F2时，随着F力增大，S减小，当F=F2时，出现S突变，说明此时物块、木板在达到共同速度后，恰好再次发生相对运动，物块将会从木板左端掉下．
对二者恰好发生相对运动时，木板的加速度为a2 ， 则整体加速度也为a2 ， 由牛顿第二定律列式即可求解；
【考点精析】认真审题，首先需要了解匀变速直线运动的速度、位移、时间的关系(速度公式：V=V0+at；位移公式：s=v0t+1/2at2；速度位移公式：vt2-v02=2as；以上各式均为矢量式，应用时应规定正方向，然后把矢量化为代数量求解，通常选初速度方向为正方向，凡是跟正方向一致的取“+”值，跟正方向相反的取“-”值)．