11.(13分)水平桌面上有两个玩具车A和B,两者用一轻质细橡皮筋相连,在橡皮筋上有一红色标记 R.在初始时橡皮筋处于拉直状态,A、B 和 R 分别位于直角坐标系中的(0,2l)、(0,﹣l)和(0,0)点。已知A从静止开始沿y轴正向做加速度大小为a的匀加速运动;B平行于x轴朝x轴正向匀速运动。在两车此后运动的过程中,标记 R 在某时刻通过点(l,l)。假定橡皮筋的伸长是均匀的,求B运动速度的大小。
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2013_新课标I卷
11.(13分)水平桌面上有两个玩具车A和B,两者用一轻质细橡皮筋相连,在橡皮筋上有一红色标记 R.在初始时橡皮筋处于拉直状态,A、B 和 R 分别位于直角坐标系中的(0,2l)、(0,﹣l)和(0,0)点。已知A从静止开始沿y轴正向做加速度大小为a的匀加速运动;B平行于x轴朝x轴正向匀速运动。在两车此后运动的过程中,标记 R 在某时刻通过点(l,l)。假定橡皮筋的伸长是均匀的,求B运动速度的大小。
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【考点】37:牛顿第二定律
【专题】16:压轴题;522:牛顿运动定律综合专题
【分析】根据运动学公式求出t时刻A的纵坐标,B的横坐标,抓住橡皮筋的伸长是均匀的,在以后任一时刻R 到A和B的距离之比都为2:1,根据相似三角形,结合运动学公式求出B的运动速度。
【解答】解:设 B 车的速度大小为 v。如图,标记 R 的时刻 t 通过点 K(l,l),此时A、B的位置分别为 H、G。
由运动学公式,H的纵坐标 $\mathsf { Y } _ { \mathsf { A } }$ ,G的横坐标 $\mathsf { X } _ { \mathsf { B } }$ 分别为
$$ \mathrm{y} _ {\mathrm{A}} = 2 1 + \frac {1}{2} \mathrm{at} ^ {2} ① $$
$$ \mathrm{x} _ {\mathrm{B}} = \mathrm{vt} $$
在开始运动时,R到A和B的距离之比为2:1,即OE:OF=2:1
由于橡皮筋的伸长是均匀的,在以后任一时刻R到A和B的距离之比都为2:1。
由于 $\Delta F G H \sim \Delta B K$ ,有
$$ \mathrm{KG} = \mathrm{x} _ {\mathrm{B}}: \quad (\mathrm{x} _ {\mathrm{B}} - 1) $$
HG: $K G = \mathsf { \Gamma } ( \mathsf { y } _ { \mathsf { A } } { + } | \mathsf { \Gamma } )$ ):(2l)=3:1 ⑤
联立各式解得 $v = \frac { 1 } { 4 } \sqrt { 6 \mathsf { a l } }$
答:B运动速度的大小为 $v = \frac { 1 } { 4 } \sqrt { 6 \mathsf { a l } } ^ { \mathsf { c } }$

【点评】解决本题的关键抓住橡皮筋的伸长是均匀的,在以后任一时刻 R 到 A和B的距离之比都为2:1,结合运动学公式和数学几何进行求解。