Question

4．如圖所示，質(zhì)量為M=0.20kg的木板P靜止在光滑水平面上，P的右端停放有一個(gè)質(zhì)量m=0.050kg的小物塊Q．設(shè)木板P足夠長(zhǎng)，g取10m/s²．小物塊Q與木板P間有摩擦力，不計(jì)空氣阻力．
（1）現(xiàn)給木板P一個(gè)水平向右的瞬時(shí)沖量，使木板P獲得一個(gè)水平向右的初速度v₀=10m/s．求：
a．小物塊Q的最終速度；
b．整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能．
（2）若空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T．現(xiàn)使物塊帶電荷量q=+0.25C，給木板P一個(gè)水平向右的瞬時(shí)沖量，使木板P獲得一個(gè)水平向右的初速度v₀=10m/s．求物塊Q和木板P的最終速度．

Answer 1

分析 （1）a、木板P獲得水平向右的初速度后，相對(duì)于物塊Q向右運(yùn)動(dòng)，Q在滑動(dòng)摩擦力的帶動(dòng)下向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，最終兩者速度相等，由系統(tǒng)的動(dòng)量守恒求最終速度．
b、由能量守恒定律求整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能．
（2）空間存在垂直紙面向里的磁場(chǎng)，小物塊Q除重力、支持力和摩擦力外，還要受一個(gè)豎直向上的洛侖茲力f．當(dāng)洛倫茲力等于重力時(shí)，物塊Q將不再受木板P的作用力，此后Q勻速運(yùn)動(dòng)．由此列式求出物塊Q的速度．由動(dòng)量守恒定律求P的最終速度．

解答 解：（1）a．取木板和小物塊為系統(tǒng)，它們最終的速度相同，設(shè)為v_共．系統(tǒng)所受的合外力為零，其動(dòng)量守恒，取水平向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律得
    Mv₀=（M+m）v_共
所以 ${v_共}=\frac{M}{M+m}{v_0}=8.0$m/s
b．根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，系統(tǒng)損失的機(jī)械能  $△E=\frac{1}{2}Mv_0^2-\frac{1}{2}（M+m）v_共^2=2.0$J 
（2）由于空間存在垂直紙面向里的磁場(chǎng)，所以小物塊Q除重力、支持力和摩擦力外，還要受一個(gè)豎直向上的洛侖茲力f．設(shè)當(dāng)物塊Q的速度為v_Q時(shí)，物塊Q將不再受木板P的作用力，此時(shí)有 Bqv_Q-mg=0
得 ${v_Q}=\frac{mg}{Bq}=2.0$m/s
因?yàn)関_Q＜v_共，所以物塊Q與木板P不能達(dá)到共速，即Q的最速速度為  v_Q=2.0m/s．
設(shè)P的最終速度為v_P．物塊Q與木板P所受的合外力為零，它們的動(dòng)量守恒，則有  Mv₀=Mv_P+mv_Q
所以 v_P=9.5m/s 
答：（1）a．小物塊Q的最終速度是8.0m/s；
b．整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能是2.0J．
（2）物塊Q和木板P的最終速度分別為2.0m/s和9.5m/s．

點(diǎn)評(píng) 本題要分析清楚兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，判斷出隱含的臨界條件，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒和能量守恒進(jìn)行研究．