Question

如圖所示，質量M=8.0kg的小車放在光滑的水平面上，給 小車施加一個水平向右的恒力F=8.0N．當向右運動的速度達到u₀=1.5m/s時，有一物塊以水平向左的初速度v₀=1.0m/s滑上小車的右端．小物塊的質量m=2.0kg，物塊與小車表面的動摩擦因數μ=0.20．設小車足夠長，重力加速度g=10m/s²．求：
（1）物塊從滑上小車開始，經過多長的速度減小為零．
（2）物塊在小車上相對滑動的過程，物塊相對地面的位移．
（3）物塊在小車上相對小車滑動的過程中，系統產生的內能？（保留兩位有效數字）

Answer 1

（1）設物塊滑上小車后，做加速度為a_m的勻變速運動，經過時間t₁速度減為零，根據牛頓第二定律得
     μmg=ma_m  
又 0=v₀-a_mt₁  
解得  a_m=2m/s²，t1=

v0

μg

=0.5s
（2）小車做加速度為a_M的勻加速運動，根據牛頓第二定律
   F-μmg=Ma_M
解得   aM=

F-μmg

M

設經過t物塊與小車具有共同的速度v，物塊對地的位移為s₁，小車運動的位移為s₂，取向右為正方向．
則對物塊：v=-v₀+a_mt，s1=-v0t+

1

2

amt2
對小車：v=u₀+a_Mt，s2=-u0t+

1

2

aMt2
聯立解得：s₁=1.1m，s₂=3.2m
（3）系統產生的內能：E=μmg（s₂-s₁）=8.4J
答：
（1）物塊從滑上小車開始，經過0.5s的速度減小為零．
（2）物塊在小車上相對滑動的過程，物塊相對地面的位移是1.1m．
（3）物塊在小車上相對小車滑動的過程中，系統產生的內能是8.4J．