Question

如圖所示，長為L的木板A靜止在光滑的水平桌面上，A的左端上方放有小物體B（可視為質(zhì)點(diǎn)），一端連在B上的細(xì)繩，繞過固定在桌子邊沿的定滑輪后，另一端連在小物體C上，設(shè)法用外力使A、B靜止，此時(shí)C被懸掛著．A的右端距離滑輪足夠遠(yuǎn)，C距離地面足夠高．已知A的質(zhì)量為6m，B的質(zhì)量為3m，C的質(zhì)量為m．現(xiàn)將C物體豎直向上提高距離2L，同時(shí)撤去固定A、B的外力．再將C無初速釋放，當(dāng)細(xì)繩被拉直時(shí)B、C速度的大小立即變成相等，由于細(xì)繩被拉直的時(shí)間極短，此過程中重力和摩擦力的作用可以忽略不計(jì)，細(xì)繩不可伸長，且能承受足夠大的拉力．最后發(fā)現(xiàn)B在A上相對(duì)A滑行的最大距離為．細(xì)繩始終在滑輪上，不計(jì)滑輪與細(xì)繩之間的摩擦，計(jì)算中可認(rèn)為A、B之間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，取重力加速度g=10m/s²．
（1）求細(xì)繩被拉直前瞬間C物體速度的大小υ；
（2）求細(xì)繩被拉直后瞬間B、C速度的大小υ；
（3）在題目所述情景中，只改變C物體的質(zhì)量，可以使B從A上滑下來．
設(shè)C的質(zhì)量為km，求k至少為多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）通過C做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)v_t²-v²=2ax可求出C物體下落2L是獲得的速度
（2）有BC組成的系統(tǒng)，有動(dòng)量定理可求出BC的共同速度
（3）通過②可知道BC的速度，然后對(duì)AB分析，可求出各自的加速度，設(shè)經(jīng)過時(shí)間t達(dá)到相同速度，分別計(jì)算AB的位移，有位移之差等于L可確定k
解答：解：
（1）C做自由落體運(yùn)動(dòng)，下降高度為2L時(shí)的速度為v，根據(jù)v_t²-v²=2ax得
v=
（2）此時(shí)細(xì)繩被拉直，B、C速度的大小立即變成v，設(shè)繩子對(duì)B、C的沖量大小為I，根據(jù)動(dòng)量定理得
對(duì)B   I=3mv
對(duì)C-I=mv-mv
解得B、C速度的大小v=
（3）設(shè)C物體的質(zhì)量為km，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ
由（2）可知，細(xì)繩被拉直時(shí)B、C速度的大小v´=
此后B物體的加速度  kmg-μ?3mg=（3m+km）a₁ 

A物體的加速度  μ?3mg=6ma₂ 

經(jīng)時(shí)間t，B物體的速度        v₁=v'+a₁t
B物體的位移        
同樣，A物體的速度  v₂=a₂t
A物體的位移   
（i）根據(jù)題意，若k=1，當(dāng)v₁=v₂時(shí)，x₁-x₂=，解μ=0.4；
（ii）要使v₁=v₂時(shí)，x₁-x₂=L，利用（i）求得的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，
可得k==1.29；
即C物體的質(zhì)量至少為1.29m時(shí)，才可以使B物體從A上滑下來．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算及動(dòng)量定理的應(yīng)用，對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的分析是解題的關(guān)鍵．