板块类问题专题练习(含详细答案)

板块类运动问题专题练习 1．（8分）如图13所示，有一定厚度的长木板AB 在水平面上滑行，木板的质量m 1=4.0kg ．木板与水平面间的动摩擦因数μ=0.20，木板上表面距水平面的高度h =0.050m ．当木板滑行速度v 0=3.0m/s 时，将一小物块C 轻放在木板右端B 点处．C 可视为质点，它的质量m 2=1.0kg ．经过一段时间，小物块C 从木板的左端A 点滑出，它落地时的动能E KC =1.0J ．小物块落地后，木板又滑行了一段距离停在水平面上，这时，木板左端A 点距小物块的落地点的水平距离S 1=0.90m ．求： （1）小物块C 从木板的A 点滑出时，木板速度的大小v A ； （2）木板AB 的长度L ．2．（8分）如图11所示，将工件P （可视为质点）无初速地轻放在以速率v 匀速运行的水平传送带的最左端A ，工件P 在传送带的作用下开始运动，然后从传送带最右端B 飞出，落在水平地面上. 已知AB 的长度L =7.5m ，B 距地面的高度h =0.80m. 当v =3.0m/s 时，工件P 从A 端运动到落地点所用的时间t 0=4.4s. 求： （1）工件P 与传送带之间的动摩擦因数μ；（2）当传送带分别以不同的速率v （运行方向不变）匀速运行时，工件P 均以v 0=5.0m/s 的初速度从A 端水平向右滑上传送带. 试分析当v 的取值在什么范围内变化时，工件P 从A 端运动到落地点所用的时间t 保持不变，并求出对应的时间t (结果保留两位有效数字) . 3．（8分）如图11所示，水平地面上一个质量M =4.0 kg 、长度L =2.0 m 的木板，在F=8.0 N 的水平拉力作用下，以v 0=2.0 m/s 的速度向右做匀速直线运动.某时刻将质量m =l.0 kg 的物块（物块可视为质点）轻放在木板最右端.（1）若物块与木板间无摩擦，求物块离开木板所需的时间；（2）若物块与木板间有摩擦，且物块与木板间的动摩擦因数和木板与地面间的动摩擦因数相等，求将物块放在木板上后，经过多长时间木板停止运动. （结果保留二位有效数字）4．（8分）如图12所示，一辆平板小车静止在水平地面上，小车的左端放置一物块（可视为质点）. 已知小车的质量M =8.0kg ，长度l = 2.0 m ，其上表面离地面的高度h = 0.80 m. 物块的质量m = 1.0 kg ，它与小车平板间的动摩擦因数μ = 0.20.现用F = 26 N 水平向左的恒力拉小车，经过一段时间后，物块与小车分离.不计小车与地面间的摩擦. 取g = 10 m/s 2，求： （1）物块与小车分离前，小车向左运动的最大距离；（2）当物块落地时，物块与小车右端的水平距离.5（8分）如图14所示，质量M = 1.0 kg 的长木板静止在光滑水平面上，在长木板的右端放一质量m = 1.0 kg 的小滑块（可视为质点），小滑块与长木板之间的动摩擦因数μ = 0.20．现用水平恒力F = 6.0 N 向右拉长木板，使小滑块与长木板发生相对滑动，经过t = 1.0 s 撤去力F ．小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下．求：（1）撤去力F 时小滑块和长木板的速度各是多大；图13图11图12（2）运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多大．6．（8分）光滑的水平面上有一长木板，质量M=2.0kg ，在长木板的最右端有一小滑块（可视为质点），质量m=1.0kg ，小滑块与长木板之间的动摩擦因数μ=0.20．小滑块与长木板一起以v 0=2.0m/s 的速度向左匀速运动，如图12所示．某时刻起对长木板施加一个F =12N 的水平向右的恒力，此后小滑块将相对长木板滑动．若长木板足够长，求：（1）水平恒力F 作用后，小滑块向左运动的最大距离； （2）小滑块向左运动的过程中相对长木板移动的最大距离．7．（8分）如图15所示，光滑水平面上有一块木板，质量M = 1.0 kg ，长度L = 1.0 m ．在木板的最左端有一个小滑块（可视为质点），质量m = 1.0 kg ．小滑块与木板之间的动摩擦因数μ = 0.30．开始时它们都处于静止状态．某时刻起对小滑块施加一个F = 8.0 N 水平向右的恒力，此后小滑块将相对木板滑动. （1）求小滑块离开木板时的速度；（2）假设只改变M 、m 、μ、F 中一个物理量的大小，使得小滑块速度总是木板速度的2倍，请你通过计算确定改变后的那个物理量的数值（只要提出一种方案即可）.8．（8分）如图15所示，水平桌面到地面的高度h = 0.8 m. 质量m = 0.2 kg 的小物块（可以看作质点）放在桌面A 端. 现对小物块施加一个F ＝0.8 N 的水平向右的恒力，小物块从静止开始运动. 当它经过桌面上的B 点时撤去力F ，一段时间后小物块从桌面上的C 端飞出，最后落在水平地面上. 已知AB = BC = 0.5 m ，小物块在A 、B 间运动时与桌面间的动摩擦因数μ 1 = 0.2，在B 、C 间运动时与桌面间的动摩擦因数μ 2 = 0.1.（1）求小物块落地点与桌面C 端的水平距离；（2）某同学作出了如下判断：若仅改变AB 段的长度而保持BC 段的长度不变，或仅改变BC 段的长度而保持AB 段的长度不变，都可以使小物块落地点与桌面C 端的水平距离变为原来的2倍. 请你通过计算说明这位同学的判断是否正确.9 （8分）如图14所示，光滑水平面上有一木板槽（两侧挡板的厚度忽略不计），质量M = 2.0 kg ，槽的长度L = 2.0 m ．在木板槽的最左端有一个小滑块（可视为质点），质量m = 1.0 kg ．小滑块与木板槽m图14v图12图15 图15之间的动摩擦因数μ1= 0.20．开始时它们都处于静止状态．某时刻起对木板槽施加一个F = 10.0 N水平向左的恒力，此后小滑块将相对木板槽滑动.（1）求小滑块滑到木板槽中点时速度的大小；（2）水平面光滑是一种理想化的情况，实际上木板槽与水平面间是有摩擦的，经测定木板槽与水平面间的动摩擦因数μ 2 = 0.05. 如果使小滑块滑到木板槽中点时的速度与第（1）问所求速度相同，请你通过计算确定一种方案：即只改变M、m、F中一个物理量的大小，实现上述要求（只要提出一种方案即可）.10．（8分）如图17所示，质量M = 5 kg的平板静止在光滑的水平面上，平板的右端有一竖直挡板，一个质量m = 2 kg的木块静止在平板上，木块与挡板之间的距离L = 0.8 m，木块与平板之间的动摩擦因数μ= 0.4．（1）若对木块施加F ＝ 12 N水平向右的恒力，直到木块与挡板相撞，求这个过程经历的时间t；（2）甲同学说，只增大平板的质量M，可以缩短上述时间t；乙同学说，只减小平板的质量M，可以缩短上述时间t．请你通过计算，判断哪位同学的说法是正确的．11．（8分）如图14（甲）所示，水平面上A、B两点相距6.25m，一个质量为4.0kg的小滑块在水平推力的作用下沿水平面自左向右滑动，先后经过A、B两点。

在滑块到达A点之前，滑块沿水平面做匀速运动，所受的水平推力大小为0.4N。

从滑块经过A点开始，滑块受到的推力按照如图14（乙）所示的规律变化，已知滑块在3.0s时刻的速度大小为0.8m/s。

求：（1）滑块受到水平面的滑动摩擦力的大小；（2）滑块经过B点时的速度大小。

图14 图17答案1、分析：小物块C 放到木板上后，C 受力如图1，离开木板之前作向右的匀加速运动，假设C 离开木板时的速度为v C ，C 离开木板后向右做平抛运动，砸到地面后立即停下来；木板的受力如图2，C 离开它之前，木板做匀减速运动，假设C 离开木板时木板的速度为v A ,随后木板以初速度v A 匀减速滑动，直到停下来。

（1）C 平抛过程中只受重力作用，机械能守恒，得：021222+=+KC C E gh m v m 代入数据：s m v C /1=向右平抛的水平位移：m ghv t v S cc c X 1.02=== 所以C 离开木板后，木板实际上由于地面摩擦力而匀减速滑动的位移为：m S S S X 11=+=滑C 离开木板后，木板受力如图3，由牛顿第二定律：0110a m g m f ==μ地得：20/2s m g a ==μ故：s m S a v A /220==（2）小物块C 放到木板上后离开木板之前，假设小物块C 在这个过程中的位移为S 2，则木板的位移为S 2+l , 根据动能定理：对木板1m ： )(21))((20212v v m l S f f A -=++-地 ① 对小物块2m :021222-=C v m fS ② 假设C 滑上木块到分离所经历的时间为t ，规定水平向右为正方向，根据动量定理： 对木板1m ： )()(01v v m t f f A -=+-地 ③ 对小物块2m :02-=C v m ft ④联立③④得：地f f 31=⑤ 联立①②⑤：m l 6.0=2图1图2 图32解：（1）设P 从B 端做平抛运动到地面所用的时间为t 3，根据平抛运动公式 2321gt h = 得 s 4.023==ght 则P 在传送带上运动的时间 t AB = t 0- t 3=4.0s假设P 从A 到B 的过程中，一直在滑动摩擦力的作用下做匀加速直线运动，则P 到B 时的速度v B ≤v ，P 在传送带上运动的时间'2 5.0/2AB B L Lt v v=≥=s. 由于'ABAB tt >，说明P 在到达B 之前已与传送带保持相对静止.设P 的质量为m ，根据牛顿第二定律，P 在传送带上滑动时的加速度 g mmga μμ==，则P 做匀加速直线运动的时间 10v t gμ-=位移 2102v s gμ-=做匀速运动的时间 vs L t 12-=且 12AB t t t =+ 联立以上4式，解得 0.10μ=（2）P 从B 到落地所用的时间总为t 3＝0.4s ，因此时间t 的变化取决于P 在传送带上的运动时间t AB 的变化.① 若v >v 0，开始阶段P 做加速度为μg 的匀加速直线运动. 假设传送带的速度为某一值v 1时，P 从AB 之间的某点D 开始相对传送带静止. 增大传送带的速度v ，则P 在到达D 点后仍将加速. 由于P 在AD 间的运动情况不变，而在DB 间的速度变大，所以t AB 变小. 可见随着v 的增大，t AB 减小. 当v 增大到v max 时，P 从A 到B 一直做匀加速直线运动，且到B 时的速度恰好等于v max . 如果v 再增大，P 从A 到B 的运动情况不再变化，即t AB 保持不变，因此t 也保持不变. 根据运动学公式 gL v v μ2202max =- 得 6.3m/s m/s 40220max ==+=gL v v μ所以 s 3.10max =-=gv v t AB μ 3 1.7s AB t t t =+=② 若v < v 0，开始阶段P 做加速度大小为μg 的匀减速直线运动. 假设传送带的速度为某一值v 2时，P 从AB 之间的某点E 开始相对传送带静止. 减小传送带的速度v ，则P 在到达E 点后仍将减速. 由于P 在AE 间的运动情况不变，而在EB 间的速度变小，所以t AB 变大. 可见随着v 的减小，t AB 变大. 当v 减小到v min 时，P 从A 到B 一直做匀减速直线运动，且到B 时的速度恰好等于v min . 如果v 再减小，P 从A 到B 的运动情况不再变化，即t AB 保持不变，因此t 也保持不变. 根据运动学公式 gL v v μ22min 20=- 得 m/s 2.3m/s 10220min ==-=gL v v μ 所以 s 8.1min0=-=gv v t AB μ 3 2.2s AB t t t =+=综上所述，当传送带的速度v ≥6.3m/s 时，P 从A 运动到落地点所用的时间保持不变，均为t =1.7s ；当传送带的速度0≤v ≤3.2m/s 时，P 从A 运动到落地点所用的时间也保持不变，均为t =2.2s.3解：（1）未放物块之前，木板做匀速运动.因此木板与地面之间的动摩擦因数 μ =MgF= 0.20 若物块与木板间无摩擦，物块放在木板上后将保持静止.木板水平方向受力如图1所示，它将做匀减速直线运动，设其加速度的大小为a 1. f 1－F = Ma 1f 1 = μ (m+M ) ga 1 =MF g M m -+)(μ= 0.50 m/s 2设物块经过时间t 离开木板. 木板在这段时间内的位移 L = v 0t －21a 1t 2解得 t = 1.2 s 或6.8 s其中t = 6.8 s 不合题意，舍去. 因此1.2s 后物块离开木板.（2）若物块与木板间的动摩擦因数也为μ，则物块放在木板上后将做匀加速运动，设物块的加速度的大小为a 2.μmg = ma 2 a 2 = μg = 2.0 m/s 2木板水平方向受力如图2所示，它做匀减速直线运动，设其加速度的大小为a 3. f 1 + f 2－F = Ma 3 μ (M+m ) g + μmg －F = Ma 3 a 3 = 1.0 m/s2设经时间t Ⅰ，物块与木板速度相等，此时它们的速度为v ，此过程中木板的位移为s 1，物块的位移为s 2. v = v 0－a 3t Ⅰ v = a 2t Ⅰs 1 = v 0t Ⅰ－21a 3t Ⅰ2s 2 =21a 2t Ⅰ2解得 t Ⅰ =32s ，v =34m/s ，s 1 =910m ，s 2 =94m因为s 1－s 2< L ，所以物块仍然在木板上.之后，它们在水平方向的受力如图3所示，二者一起做匀减速直线运动，设它们共同运动的加速度的大小为a 4. f 1－F = (M +m ) a 4μ (M+m ) g －F = (M +m ) a 4 a 4 = 0.40 m/s 2 设再经过时间t Ⅱ，它们停止运动. 0 = v －a 4t Ⅱ t Ⅱ =310s图11图21 2a 3 图31t 总 = t Ⅰ + t Ⅱ= 4.0 s因此将物块放在木板上后，经过 4.0 s 木板停止运动.4解：（1）物块所受摩擦力f=μmg ，根据牛顿第二定律，物块的加速度a 1=fm= μg = 2.0 m/s 2 小车所受摩擦力f ′=f=μmg ，设小车运动的加速度为a 2，根据牛顿第二定律 F － f ′=Ma 2解得 a 2=F mg Mμ-=3.0m/s 2小车一直向左做加速运动，因此从开始运动到物块与小车分离，小车向左运动的距离为所求的最大距离. 设经过时间t 物块与小车分离，此过程中物块的位移 s 1=2112a t 小车的位移 s 2=2212a t由如图1所示的几何关系可知 s 2－s 1=l 解得 t = 2.0 s ， s 2= 6.0 m即物块与小车分离前，小车向左运动的最大距离为6.0m （2）物块与小车分离时，速度分别为 v 1=a 1t= 4.0 m/s ，v 2=a 2t= 6.0 m/s物块与小车分离后向左做平抛运动，设物块做平抛运动的时间为t ′，则t '=物块与小车分离后，小车向左运动的加速度2F a M'== 3.25 m/s 2物块做平抛运动的过程中 物块向左的水平位移 11 1.6s v t ''== m 小车向左的位移 222212s v t a t ''''=+=2.66 m由图2所示的几何关系可知，当物块落地时，物块与小车在水平方向上相距21s s ''-=1.06 m图1图25解：（1）对长木板施加恒力F 的时间内，小滑块与长木板间相对滑动，小滑块和长木板在水平方向的受力情况如图所示.f = mg 设小滑块的加速度为a 1，根据牛顿第二定律f = ma 1解得 a 1 = 2.0 m/s2长木板受的摩擦力 f ′ = f = μmg 设长木板的加速度为a 2，根据牛顿第二定律 F – f ′= Ma 2解得 a 2 = 4.0 m/s2经过时间t = 1.0 s ，小滑块的速度 v 1 = a 1 t = 2.0 m/s 长木板的速度 v 2 = a 2 t = 4.0 m/s（2）撤去力F 后的一段时间内，小滑块的速度小于长木板的速度，小滑块仍以加速度a 1做匀加速直线运动，长木板做匀减速直线运动. 设长木板运动的加速度为a 3，此时长木板水平方向受力情况如图所示，根据牛顿第二定律f ′ = Ma 3解得 a 3 = 2.0 m/s 2设再经过时间t 1后，小滑块与长木板的速度相等. 即 v 1 + a 1 t 1 = v 2－a 3 t 1 解得 t 1 = 0.50 s此时二者的速度均为 v = v 1 + a 1 t 1 = 3.0 m/s.如图所示，在对长木板施加力F 的时间内，小滑块的位移是s 1，长木板的位移是s 2；从撤去F 到二者速度相等的过程，小滑块的位移是s 3，长木板的位移是s 4.小滑块的总位移s 块 = s 1＋s 3 = 21111212121t a t v t a ++ = 2.25 m长木板的总位移s 板 = s 2＋s 4 = 1122221t vv t a ++= 3.75 m在运动中小滑块距长木板右端的最大距离为s = s 板 – s 块 = 1.5 mff ′F6（1）小滑块所受向右的摩擦力f = μmg 根据牛顿第二定律，小滑块的加速度a 1=fm= μg = 2.0 m/s 2 从水平恒力开始作用到小滑块的速度为0，小滑块向左运动最远，最远距离为m 1.0m 0.20.20.2221201=⨯==a v s（2）当用水平恒力F =12N 向右推木板后，长木板受向左的摩擦力 f ′ = f 设长木板运动的加速度为a 2，根据牛顿第二定律 F － f ′ = Ma 2解得 a 2 = 5.0 m/s 2长木板向左做匀减速直线运动，运动的最大距离为4m .0m 0.50.20.2222202=⨯==a v s经历时间4.022==a v t s 从水平恒力开始作用到小滑块的速度为0，经历时间 0.111==a v t s 在t 1时间内，长木板向右做a 2 = 5.0 m/s 2的匀加速直线运动的时间 t 3 = t 1 – t 2 = 0.6s此过程中，长木板向右运动的距离9.0212323==t a s m小滑块向左运动的过程中相对长木板移动的距离 s = s 1 – s 2 + s 3 = 1.5 m 7解：（1）小滑块受到F =8.0 N 水平向右的恒力后，向右做匀加速直线运动，所受向左的摩擦力f = μmg根据牛顿第二定律，小滑块的加速度a 1=mf F -= 5.0 m/s 2设经过时间t 后小滑块离开木板。