解题思路:(1)隔离对m和M分析,根据牛顿第二定律,结合速度时间公式求出水平恒力F的大小.
(2)根据牛顿第二定律分别求出物块在CB段运动时,物块和小车的加速度,结合速度时间公式求出两者的共同速度,结合速度位移公式,抓住两者在AC段和BC段的位移之差都等于[L/2]求出动摩擦因数的比值.
(1)由题意,物体在AC段滑动过程中,
对m:μ1mg=ma1
对M:F-μ1mg=3ma2
又v0=a1t
2v0=a2t
联立解得F=7μ1mg
代入数据得F=21N.
(2)设物块在CB段滑动的过程中,物块与木板的加速度分别为a1′和a2′,经历的时间为t′,则
在CB段:对m,μ2mg=ma1′
对M,μ2mg=3ma2′
又由运动学公式:v=v0+μ2gt′=2v0-a2′t′
解得v=
7
4v0.
在CB段:
(2v0)2−(
7
4v0)2
2a2′−
(
7
4v0)2−v02
2a1=
L
2
在AC段:
(2v0)2
2a2−
v02
2a1=
L
2
联立解得
μ1
μ2=
4
3.
答:(1)水平恒力F的大小为21N.
(2)μ1与μ2的比值为4:3.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合,加速度是联系运动学和力学的桥梁,结合两者的速度关系和位移关系,运用牛顿第二定律进行求解.