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选修3-5
第十六章 动量守恒定律
16.3 动量守恒定律
动量守恒之木板滑块模型
如图所示,质量均为$2\;\rm kg$的木板$A$和物块$B$静止在光滑水平面上,质量为$4\;\rm kg$的物块$C$以$8\;\rm m/s$的初速度从$A$左端滑上,当$A$的速度为$4\;\rm m/s$时与$B$发生碰撞,并立即与$B$共速。已知$B$、$C$可视为质点,$C$与$A$之间的动摩擦因数$\mu =0.2$,重力加速度$g=10\;\rm m/s^{2}$,则$(\qquad)$

$A$、$B$碰之前,$A$的加速度大小为$2\\;\\rm m/s^{2}$
","$A$、$B$碰撞前,$C$相对$A$通过的位移大小为$1\\;\\rm m$
","$A$、$B$碰撞后的瞬间,$B$的速度大小为$3\\;\\rm m/s$
","$C$恰不从$A$上滑下来,$A$的长度为$7\\;\\rm m$
"]$\rm A$、设物块$C$质量为$M$,木板$A$和物块$B$的质量为$m$,未碰撞前,对木板$A$受力分析,根据牛顿第二定律可得$\mu Mg=ma_{A}$
解得$a_{A}=4\;\rm m/s^{2}$
故$\rm A$错误;
$\rm B$、对物块$C$受力分析,可得$\mu Mg=Ma_{C}$
解得$a_{C}=2\;\rm m/s^{2}$
$\rm A$、$B$碰撞之前,经历的时间为$t= \dfrac{v_{A}}{a_{A}}=\dfrac{4}{4}$$s=1\;\rm s$
可知$A$、$B$碰撞之前,物块$C$的速度为$v_{C}=v_{0}-a_{C}t$
$\rm A$、$B$碰撞之前,有$x_{A}= \dfrac{v_{A}^{2}}{2a_{A}}$
$x_{C}= \dfrac{v_{0}+v_{C}}{2}t$
则$\Delta x_{1}=x_{C}-x_{A}$
解得$\Delta x_{1}=5\;\rm m$
故$\rm B$错误;
$\rm C$、$A$、$B$碰撞过程动量守恒,规定向右为正方向,有$mv_{A}=2mv$
解得$v=2\;\rm m/s$
故$\rm C$错误;
$\rm D$、设$A$、$B$碰撞后直至三者共速,物块$C$比木板$A$多运动$\Delta x_{2}$,系统动量守恒、能量守恒,有$2mv+Mv_{C}=(M+2m)v'$
$\dfrac{1}{2} \times2mv^{2}+ \dfrac{1}{2}{Mv}_{C}^{2}=\dfrac{1}{2}(M+2m)v'^{2}+\mu Mg\Delta x_{2}$
解得$\Delta x_{2}=2m$
可知三者共速前,$C$比$A$多走了$\Delta x=\Delta x_{1}+\Delta x_{2}=5\;\rm m+2\;m=7\;m$
故$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
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