Question

（11分）長(zhǎng)為6L、質(zhì)量為6m的勻質(zhì)繩，置于特制的水平桌面上，繩的一端懸垂于桌邊外，另一端系有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為M的木塊，如圖所示。木塊在AB段與桌面無摩擦，在BE段與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，勻質(zhì)繩與桌面的摩擦可忽略。初始時(shí)刻用手按住木塊使其停在A處，繩處于繃緊狀態(tài)，AB=BC=CD=DE=L，放手后，木塊最終停在C處。桌面距地面高度大于6L。

（1）求木塊剛滑至B點(diǎn)時(shí)的速度v和μ的值?

（2）若木塊BE段與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic6/res/gzwl/web/STSource/2012111916045406632859/SYS201211191606202851766790_ST.files/image002.png">，則木塊最終停在何處？

（3）是否存在一個(gè)μ值，能使木塊從A處放手后，最終停在E處，且不再運(yùn)動(dòng)？若能，求出該μ值；若不能，簡(jiǎn)要說明理由。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）木塊將從C點(diǎn)再滑動(dòng)L最終停在D處（3）見解析

【解析】（1）木塊從A處釋放后滑至B點(diǎn)的過程中，由機(jī)械能守恒得

                 ①     

則木塊剛滑至B點(diǎn)時(shí)的速度           ②     

木塊從A處滑至C點(diǎn)的過程中，由能量關(guān)系得

                         ③     

由③式得                                    ④     

（2）若，設(shè)木塊能從B點(diǎn)再向右滑動(dòng)x最終停止，由能量關(guān)系得

   即

               ⑤      

將代入⑤式并整理得   

解得 (不合題意舍去)

即木塊將從C點(diǎn)再滑動(dòng)L最終停在D處。               

（3）不存在符合要求的μ值，即不可能使木塊從A處放手后最終停在E處且不再運(yùn)動(dòng)。

這是由于當(dāng)時(shí)，若木塊能滑至E點(diǎn)，恰好有，此時(shí)繩全部懸于桌邊外，對(duì)木塊的拉力恰好也為，而從②式的結(jié)果知，要使木塊繼續(xù)向E點(diǎn)滑行，必須再減小μ值，因而木塊尚未滑至E點(diǎn)時(shí)，木塊所受滑動(dòng)摩擦力已與懸繩拉力相等，此時(shí)，再向E點(diǎn)滑行時(shí)，懸繩對(duì)木塊拉力將大于木塊受到的滑動(dòng)摩擦力而使合力向右，木塊又重新獲得加速度，因此不可能保持靜止?fàn)顟B(tài)。   

木塊從A處釋放后滑至B點(diǎn)的過程中，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，首先規(guī)定零勢(shì)面，找到初狀態(tài)和末狀態(tài)，由機(jī)械能守恒定律列公式（系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量等于動(dòng)能增加量）求解，若，設(shè)木塊能從B點(diǎn)再向右滑動(dòng)x最終停止，由能量關(guān)系可知重力勢(shì)能的減小量等于克服阻力做功，向右滑動(dòng)x距離，右端質(zhì)量下降x，設(shè)末狀態(tài)最低點(diǎn)為零勢(shì)面計(jì)算出高度差可求得重力勢(shì)能減小量，再由功能關(guān)系列式求解，最后討論即可