如圖1所示,光滑斜劈AB兩端的距離為l,質量為M、傾角為θ,放置在光滑水平地面上。斜劈上端A點處放置質量為m的物塊,m可視作質點?,F將m由靜止釋放,它將沿斜劈下滑,同時斜劈M也將向左運動。小明同學想計算物塊滑到B端所需要的時間。
(1)他認識到,雖然m沿斜面AB下滑,但是由于斜面本身也在運動,因此m的速度與水平方向的夾角并不等于θ。設m滑到底端時,速度的水平分量為v
1x、豎直分量為v
1y,M的速度為v
2,如圖2所示。為了分析物塊和斜劈速度的關系,小明先把v
1x和v
1y合成得到m的速度
,然后把
和
做矢量差,得到m相對M的速度
,如圖3所示。由于m相對于M沿著斜面AB下滑,因此
與斜面的方向相同,即與水平方向的夾角為θ。請據此寫出v
1x、v
1y和v
2應滿足的關系。
(2)請你幫小明求出m到達B端時,m速度的大小v
1和M速度的大小v
2。
(3)為了求出物塊從A到B運動的時間,小明認為,只求出速度還不夠,還應該分析位移。他選取更易分析的M為研究對象,發(fā)現分析其位移時,可以借鑒老師講過的“人船模型”。請你幫他求出當m到達B端時,M運動的距離x
2。
(4)求出M做勻加速直線運動的加速度a
2的大小,并求出m從A滑到B所經歷的時間t。