Question

如圖所示，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑的水平地面上，質(zhì)量為m的小滑塊在電動機(jī)的牽引下，以恒定的速度向前運(yùn)動．現(xiàn)讓小滑塊滑到小車上，經(jīng)過一段時間后，m與M處于相對靜止．設(shè)整個牽引過程中小滑塊的速度始終保持為v不變，它與小車之間的動摩擦因素為μ．求：
（1）從小滑塊滑到小車上開始到與小車相對靜止這段時間里，小車的位移是多少？
（2）電動機(jī)的牽引力做的功是多少？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)牛頓第二定律求出小車的加速度，從而根據(jù)速度時間公式求出運(yùn)動的時間，再根據(jù)平均速度公式求出小車的位移．
（2）在此過程中電動機(jī)的牽引力等于滑塊的摩擦力，根據(jù)滑塊的位移，求出牽引力的功．
（3）根據(jù)能量守恒定律，因?yàn)榛瑝K的速度不變，牽引力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量和小車的動能之和．從而求出這個過程滑塊與小車之間產(chǎn)生的熱量．

解答：解：（1）設(shè)小滑塊在小車上的滑動摩擦力為F_f，
則F_f=μmg
根據(jù)牛頓第二定律有：F_f=Ma，則a=

μmg

M

從小滑塊滑上小車到相對小車靜止所經(jīng)歷的時間為t，則t=

v

a

．
因?yàn)樾≤囎鰟蚣铀僦本�運(yùn)動，所以小車的位移x=

v

2

t=

Mv2

2μmg

．
（2）在這段過程中，牽引力等于摩擦力，牽引力做的功為：
W=F_fvt=M v²
答：（1）在這段時間內(nèi)，小車的位移是

Mv2

2μmg

．
（2）這個過程電動機(jī)的牽引力做的功是Mv²．

點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵理清小車和滑塊的運(yùn)動情況，結(jié)合牛頓第二定律、運(yùn)動學(xué)公式和能量守恒定律綜合求解．