
如图所示,顶端带有轻质定滑轮的斜面体放在水平地面上,不可伸长的轻绳跨过定滑轮一端连接斜面上的木板A,另一端连接小物块B。初始时木板A刚好不上滑,小物块B离水平地面的高度为,某时刻小物块C以初速度
滑上木板A,一段时间后,在小物块B落地的瞬间剪断轻绳。已知斜面与水平方向的夹角为
,木板A与滑轮间轻绳与斜面平行,木板A足够长且木板不会与滑轮相碰,整个运动过程中斜面体始终保持静止,木板A的质量
,小物块C的质量
,木板A与斜面间动摩擦因数为
,小物块C与木板A间动摩擦因数为
,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度
,
,
,求
(1)小物块B的质量;
(2)木板A在斜面上向上运动的最大距离s及运动时间t;
(3)木板A回到初始位置时的速度大小v;
(4)从木板A开始运动到木板A回到初始位置的过程中,画出地面对斜面体的静摩擦力f随时间t变化的图像。(规定水平向左为正方向,不用写出论证过程)
【答案】(1)2kg
(2)0.4m,1s
(3)
(4)见解析
【知识点】没有其他外力的板块问题
【详解】(1)初始时木板刚好不上滑,对木板
受力分析得
对小物块B受力分析得
解得
(2)当小物块C滑上木板A后未共速前,对小物块C、木板A和小物块B受力分析得
解得
,
即小物块C做匀减速直线运动,木板A和小物块B做匀加速直线运动,设经过时间t1后木板A和小物块C达到共速,此时有
解得
,
此时二者速度大小均为
木板A和小物块C共速之后二者相对静止一起运动,此时对AC整体和小物块B受力分析得
解得
与速度方向相反,做匀减速直线运动,假设经过时间t2从共速到速度减到零,则
解得
,
即三者速度减到零时小物块B恰好落地,所以木板A在斜面上向上运动的最大距离为
解得
运动时间为
解得
(3)小物块B落地的瞬间剪断轻绳后,木板A和小物块C将相对静止一起向下运动,对AC整体受力分析得
解得
方向沿斜面向下,由运动学公式
解得
(4)地面对斜面体的静摩擦力f随时间t变化的图像如下图所示
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