如图所示,光滑水平面上一足够长的木板b在外力的作用下始终以速度v0=4m/s水平向右做匀速运动,
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已知:m=1千克,V1=6 m/s(向左),V0=4 m/s(向右),μ=0.4

求:(1)物块相对地面向左运动的最大距离 Sm;(2)整个运动过程中物块和木板组成的系统产生的热量Q .

(1)当物块相对地面的速度减小到0时,物块相对地面向左运动的距离达到最大.

由题意知,物块受到木板给的滑动摩擦力方向是水平向右,所以物块相对地面是向左做匀减速直线运动,加速度大小是 a=f / m=μ mg / m=μ g=0.4*10=4 m/s^2

由 0=V1^2-2 a * Sm 得

Sm=V1^2 /(2 a)=6^2 /(2*4)=4.5 米

(2)物块在刚冲上木板到相对地面向左运动到最远时,所用的时间是

t1=V1 / a=6 / 4=1.5 秒

在这段时间内,木板向右运动的距离是 L1=V0* t1=4 * 1.5=6 米

那么在这段时间内,物块相对木板滑动的距离是 S1=Sm+L1=4.5+6=10.5米

系统产生的热量是 Q1=f * S1=μ mg * S1=0.4* 1 * 10 * 10.5=42 焦耳

接着物块在摩擦力作用下相对地面从速度为0开始向右做匀加速直线运动,直到速度达到木板速度就相对木板静止.设这个阶段的时间是 t2 ,则

t2=(V0-0)/ a=V0 / a=4 / 4=1 秒

这段时间内,物块向右(对地)运动的距离是 S块=a * t2^2 / 2=4 * 1^2 / 2=2 米

木板向右运动的距离是 S板=V0 * t2=4 * 1=4 米

所以在这段时间内,物块相对木板滑行的距离是 S2=S板-S块=4-2=2 米

系统在这段时间内产生的热量是 Q2=f * S2=μ mg * S2=0.4* 1 * 10 * 2=8焦耳

可见,在整个运动过程中,系统产生的热量是 Q=Q1+Q2

得 Q=42+8=50 焦耳