Question

17．如圖所示，水平放置的輕質(zhì)彈簧，左端固定，右端與小物塊P接觸而不連接，當(dāng)P到A點(diǎn)時(shí)，彈簧為原長(zhǎng)，現(xiàn)用水平向左的推力將P緩慢地從A推到B點(diǎn)，需做功6J，此時(shí)在B點(diǎn)撤去外力后，P從表此開(kāi)始沿著水平桌面滑到停放在水平光滑地面的小車(chē)Q上（小車(chē)與桌面等高）．已知P的質(zhì)量為m=1.0kg，Q的質(zhì)量為M=4.0kg，AB的距離為5cm，AC的距離為90cm，P與桌面和Q面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.4．試求：
（1）使P不會(huì)從Q的右端滑出，則小車(chē)至少多長(zhǎng)？
（2）從推力作用于P到P與Q一起運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

分析 （1）對(duì)從A到B再到C過(guò)程根據(jù)動(dòng)能定理列式求出P的滑上小車(chē)的初速度；當(dāng)P恰好不滑出小車(chē)時(shí)，兩者速度相等，恰好到達(dá)小車(chē)的另一端，結(jié)合動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律求出小車(chē)的長(zhǎng)度．
（2）根據(jù)公式Q=fS_相對(duì)和能量守恒定律列式求解從推力作用于P到P與Q一起運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中產(chǎn)生的熱量．

解答 解：（1）從A到B再到C過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理，有：
${W}_{F}-μmg（2{x}_{AB}+{x}_{BC}）=\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}-0$
代入數(shù)據(jù)，解得：v=2m/s
對(duì)PQ由動(dòng)量守恒定律得：mv₀=（m+M）v    
解得共同速度：v=$\frac{m{v}_{C}}{M+m}$=$\frac{1×2}{1+4}$m/s=0.4m/s
對(duì)PQ由功能關(guān)系得：-μmg•L=$\frac{1}{2}$（m+M）v²-$\frac{1}{2}$mv_C²
代入數(shù)據(jù)解得小車(chē)最小長(zhǎng)度：L=0.4m
（2）從推力作用于P到P與Q一起運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中產(chǎn)生的熱量：
Q=f•（（2x_AB+x_BC+L）=μmg•（2x_AB+x_BC+L）=5.6J
答：（1）使P不會(huì)從Q的右端滑出，則小車(chē)至少0.4m長(zhǎng)；
（2）從推力作用于P到P與Q一起運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為5.6J．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律和動(dòng)量定理，綜合性較強(qiáng)，關(guān)鍵抓住臨界狀態(tài)，恰好不滑出時(shí)，速度相等，正好滑到小車(chē)的另一端．