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全国中学生高中物理竞赛预赛试题分类汇编 力学 第16届预赛题. 1.（15分）一质量为的平顶小车，以速度沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。现将一质量为的小物块无初速地放置在车顶前缘。已知物块和车顶之间的动摩擦系数为。 若要求物块不会从车顶后缘掉下，则该车顶最少要多长？ 若车顶长度符合1问中的要求，整个过程中摩擦力共做了多少功？ 参考解答 1. 物块放到小车上以后，由于摩擦力的作用，当以地面为参考系时，物块将从静止开始加速运动，而小车将做减速运动，若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度，则物块就刚好不脱落。令表示此时的速度，在这个过程中，若以物块和小车为系统，因为水平方向未受外力，所以此方向上动量守恒，即 （1） 从能量来看，在上述过程中，物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功，即 （2） 其中为物块移动的距离。小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功，即 （3） 其中为小车移动的距离。用表示车顶的最小长度，则 （4） 由以上四式，可解得 （5） 即车顶的长度至少应为。 2．由功能关系可知，摩擦力所做的功等于系统动量的增量，即 （6） 由（1）、（6）式可得 （7） 2.（20分）一个大容器中装有互不相溶的两种液体，它们的密度分别为和（）。现让一长为、密度为的均匀木棍，竖直地放在上面的液体内，其下端离两液体分界面的距离为，由静止开始下落。试计算木棍到达最低处所需的时间。假定由于木棍运动而产生的液体阻力可以忽略不计，且两液体都足够深，保证木棍始终都在液体内部运动，未露出液面，也未与容器相碰。 参考解答 1．用表示木棍的横截面积，从静止开始到其下端到达两液体交界面为止，在这过程中，木棍受向下的重力和向上的浮力。由牛顿第二定律可知，其下落的加速度 （1） 用表示所需的时间，则 （2） 由此解得 （3） 2．木棍下端开始进入下面液体后，用表示木棍在上面液体中的长度，这时木棍所受重力不变，仍为，但浮力变为．当时，浮力小于重力；当时，浮力大于重力，可见有一个合力为零的平衡位置．用表示在此平衡位置时，木棍在上面液体中的长度，则此时有 （4） 由此可得 （5） 即木棍的中点处于两液体交界处时，木棍处于平衡状态，取一坐标系，其原点位于交界面上，竖直方向为轴，向上为正，则当木棍中点的坐标时，木棍所受合力为零．当中点坐标为时，所受合力为 式中 （6） 这时木棍的运动方程为 为沿方向加速度 （7） 由此可知为简谐振动，其周期 （8） 为了求同时在两种液体中运动的时间，先求振动的振幅．木棍下端刚进入下面液体时，其速度 （9） 由机械能守恒可知 （10） 式中为此时木棍中心距坐标原点的距离，由（1）、（3）、（9）式可求得，再将和（6）式中的代人（10）式得 （11） 由此可知，从木棍下端开始进入下