如圖所示,一只貓?jiān)陔x地面高h(yuǎn)1=6m的樓房窗口處從靜止開始自由下落,其正下方地面為A點(diǎn).若有一輛平板汽車正以V0=6m/s的速度向A點(diǎn)勻速前進(jìn).已知貓剛下落時(shí),平板汽車恰好運(yùn)動(dòng)到車前端距A點(diǎn)3m處,該汽車車頭長(zhǎng)2m,汽車平板長(zhǎng)4.5m,平板車板面離地面高h(yuǎn)2=1m,貓可看作質(zhì)點(diǎn),取g=10m/s2,貓下落過程中未與汽車車頭接觸,貓與平板車板面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2,求:
(1)貓將落在平板車上距車尾端多遠(yuǎn)處?
(2)假定貓落到車平板上后立即俯臥在車上不彈起,司機(jī)同時(shí)使車開始以大小為a1=4m/s2的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng),直到停止,則貓是否會(huì)從平板車上滑下?若會(huì)滑下,請(qǐng)計(jì)算說明原因;若不會(huì)滑下,則貓最終停在距車尾端多遠(yuǎn)處?
分析:(1)貓?zhí)潞笞鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式求出下落過程中時(shí)間和平板汽車運(yùn)動(dòng)的位移,進(jìn)而求出貓?jiān)谲嚿系穆潼c(diǎn)距車尾端距離;
(2)根據(jù)牛頓第二定律求出貓?jiān)谲嚻桨迳系募铀俣,設(shè)貓未滑下,且經(jīng)時(shí)間t′貓與車達(dá)到相等的速度v,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式即可判斷.
解答:解:(1)設(shè)貓下落時(shí)間為t,則h1-h2=
1
2
gt2

車在時(shí)間t內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移x=v0t
代入數(shù)據(jù)解得x=6m
貓?jiān)谲嚿系穆潼c(diǎn)距車尾端距離d=(3+2+4.5)m-6 m=3.5 m
(2)貓落在平板車上后,水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),車做勻減速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)經(jīng)時(shí)間t′貓與車達(dá)到相等的速度;
貓的加速度為a2=μg=2m/s2 則:v0+a1t′=a2t
解得:t′=
v0
a2-a1
=
6
2+4
=1s
;
此時(shí)的速度均為:v=a2t′=2×1=2m/s
貓和車的相對(duì)位移為:△S=S-S=v0t′+
1
2
a1t2-
1
2
a2t2
=6×1+
1
2
×(-4)×1-
1
2
×2×1=3m<3.5m
故不會(huì)滑下,即速度相等時(shí),貓?jiān)诰嘬囄捕?.5-3=0.5m遠(yuǎn)處
貓與車達(dá)到相等的速度后,車向前減速直至停止的位移S′=
v2
2a1
=
22
2×4
=0.5m

貓向前減速直至停止的位移S′=
v2
2a2
=
22
2×2
=1m

貓相對(duì)車再次向前滑動(dòng):△S′=S′-S′=1-0.5=0.5m
故貓與車速度相等后,會(huì)再次相對(duì)車向前運(yùn)動(dòng)0.5m,最終停在距車尾1.0m遠(yuǎn)處
答:(1)貓將落在平板車上距車尾端3.5m處;
(2)貓不會(huì)從平板車上滑下,貓最終停在距車尾端1m遠(yuǎn)處.
點(diǎn)評(píng):本題主要考查了自由落體運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式的直接應(yīng)用,要求同學(xué)們能正確分析車和貓的運(yùn)動(dòng)情況,較難.
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A.g                                         B.

C.                       D.

 

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