← 题库|2025 湖北卷 · 第15题18分碰撞动量守恒功能定理 题目
如图所示,水平地面上停放着 2n(n为正整数)块完全相同的木板,木板间及木板与地面间均无摩擦,但木板与地面之间因接触面较粗糙、木板上表面与滑块间动摩擦因数为 μ。一滑块(视为质点)以初速度 v0 从最左端木板的左端滑上木板,滑块与每块木板上表面间的动摩擦因数均为 μ,每块木板长度均为L,质量与滑块相同。滑块每次滑到一块木板的最右端时,恰好与下一块木板达到共同速度(即滑块与当前木板间不再发生相对滑动时,滑块恰好到达该木板右端)后,滑块立即以与木板分离前的速度滑上下一块木板(碰撞模型:滑块滑到木板右端与下一木板发生完全非弹性碰撞,二者瞬间达到共同速度,然后滑块继续在下一木板上相对滑动)。
(1) 求滑块滑上第一块木板后,滑块与第一块木板达到共同速度时滑块的速度大小 v1(用 v0、μ、g、L 表示);
(2) 求滑块滑上第 j+1(j≥1)块木板前的瞬时速度 vj 与滑上第 j+1 块木板后达到共同速度时的速度 vj+1 之间的递推关系;
(3) 若滑块恰好在滑过第 2n 块木板后速度减为0(即滑块与最后一块木板共同减速到0,无法再发生相对滑动),求初速度 v0 应满足的关系式(用 n、μ、g、L 表示,结果可用 β 表示,v0=βμgL 的形式给出 β 的表达式)。