Question

如圖所示，長L=1.5m，高h=0.45m，質(zhì)量M=10kg的長方體木箱，在水平面上向右做直線運動．當木箱的速度v₀=3.6m/s時，對木箱施加一個方向水平向左的恒力F=50N，并同時將一個質(zhì)量m=1kg的小球輕放在距木箱右端

1

3

的P點（小球可視為質(zhì)點，放在P點時相對于地面的速度為零），經(jīng)過一段時間，小球脫離木箱落到地面．木箱與地面的動摩擦因數(shù)為0.2，其他摩擦均不計．取，求：
（1）小球從離開木箱開始至落到地面所用的時間；
（2）小球放上P點后，木箱向右運動的最大位移；
（3）小球離開木箱時木箱的速度．

Answer 1

分析：（1）小球離開木箱后做自由落體運動，根據(jù)位移時間關(guān)系可以求得時間；
（2）對木箱受力分析，求出加速度，可以根據(jù)速度時間關(guān)系公式和位移時間關(guān)系公式分別求出位移和時間；
（3）先對木箱受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求得加速度，然后可以先根據(jù)位移時間關(guān)系公式求得時間，再根據(jù)速度時間公式求末速度，也可以直接根據(jù)速度位移關(guān)系公式求末速度．

解答：解：（1）木箱上表面的摩擦不計，因此小球在離開木箱前相對地面處于靜止狀態(tài)，離開木箱后將作自由落體運動．
由h=

1

2

gt2，得t=

2h g

=

2×0.45 10

=0.3s
小球從離開木箱開始至落到地面所用的時間為0.3s．
（2）小球放到木箱后，木箱的加速度為：
a1=

F+μ(M+m)g

M

=

50+0.2×(10+1)×10

10

=7.2m/s2
木箱向右運動的最大位移為：
x1=

0- v 2 0

-2a1

=

0-3.62

-2×7.2

=0.9m
小球放上P點后，木箱向右運動的最大位移為0.9m．
（3）x₁小于1m，所以小球不會從木箱的左端掉下
木箱向左運動的加速度為
a2=

F-μ(M+m)g

M

=

50-0.2×(10+1)×10

10

=2.8m/s2
設(shè)木箱向左運動的距離為x₂時，小球脫離木箱，則：
x2=x1+

L

3

=0.9+0.5=1.4m
設(shè)木箱向左運動的時間為t₂，則：
由x2=

1

2

a2

t

2 2

得：
t2=

2x2 a2

=

2×1.4 2.8

=1s
所以，小球離開木箱的瞬間，木箱的速度方向向左，大小為：v₂=a₂t₂=2.8×1=2.8m/s．

點評：本題關(guān)鍵對分向右減速和向左加速兩過程對木箱受力分析后求得加速度，然后根據(jù)運動學公式求解待求量．