Question

7．某電視臺(tái)娛樂節(jié)目在游樂園舉行家庭搬運(yùn)磚塊比賽活動(dòng)，比賽規(guī)則是：如圖甲所示向滑動(dòng)行駛的小車上搬放磚塊，且每次只能將一塊磚無初速度（相對(duì)地面）地放到車上，車停止時(shí)立即停止搬放，以車上磚塊多少?zèng)Q定勝負(fù)．已知每塊磚的質(zhì)量m=0.8kg，小車的上表面光滑且足夠長，比賽過程中木板始終受到恒定的拉力F=20N的作用，未放磚塊時(shí)木板以v₀=3m/s的速度勻速前進(jìn)．獲得冠軍的家庭上場(chǎng)比賽時(shí)每隔T=0.8s搬放一塊磚，從放上第一塊磚開始計(jì)時(shí)，圖中僅畫出了0～0.8s內(nèi)木板運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，如圖乙所示，g取10m/s²．求：
（1）小車的質(zhì)量及板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)．
（2）車停止時(shí)，車上有多少塊磚？

Answer 1

分析 （1）開始木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，知拉力和木板的摩擦力相等，放上一物塊后，木板做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力等于增加的摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律有μmg=Ma₁，以及F=μMg求出木板的質(zhì)量和動(dòng)摩擦因數(shù)．
（2）每放上一塊磚，摩擦力都要增大，小車的合力就是增大的摩擦力，求出加速度的通項(xiàng)式，根據(jù)v₀-a₁T-a₂T-a₃T-…-a_nT≤0求出所放磚的數(shù)目．

解答 解：（1）沒有放磚時(shí)對(duì)車受力有F=μMg  ①
放上第一塊磚時(shí)，板車減速，設(shè)加速度大小為a₁，對(duì)車受力
N₁=Mg+mg
${f}_{1}-F\\;=M\\;{a}_{1}$=Ma₁
f₁=μN(yùn)₁
解得Ma₁=μmg…..②
由圖${a}_{1}=\frac{△v}{△t}=0.25m/{s}^{2}$…③
由①②③解得μ=0.25
M=8kg
（2）放第二塊磚后，受力分析有Ma₂=2μmg
所以a₂=2a₁，在第二個(gè)0.8s內(nèi)車速度變化為△v₂=2△v₁=2×0.2m/s=0.4m/s
同理，△v₃=3△v₁=3×0.2m/s=0.6m/s
△v₄=4△v₁=4×0.2m/s=0.8m/s
△v_n=n△v₁=n×0.2m/s=0.2nm/s
停下時(shí)有△v₁+△v₂+△v₃+…+△v_n=3
0.2×（1+2+3+…+n）=3得
$0.2×\frac{n（1+n）}{2}=3$
解得n=5    所以車停時(shí)有5塊磚
答：（1）木板的質(zhì)量為8kg及板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25．
（2）木板停止時(shí)，木板上放有5塊磚．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道小車所受的合力等于增加的摩擦力，會(huì)根據(jù)牛頓第二定律求出加速度的通項(xiàng)式．