题目内容

【题目】如图所示,一根均匀圆形直轻杆AC由粗细不同两段AB10mBC2m组成,其中,AB段粗糙、BC段光滑,直轻杆AC垂直地固定在一块倾角为37°的楔形弹性斜面体上,弹性斜面体放在粗糙的水平面上,现有一质量为m2kg、孔径略大于直杆直径的圆环P,在沿杆向上的恒力F的作用下,从直轻杆AC的底端由静止开始沿杆向上运动,圆环P与杆间的动摩擦因数为0.1,当圆环P刚运动到B点时恒力F突然撤去,圆环刚好能到达顶端C,然后,再沿直轻杆下滑,环在整个运动过程中,弹性斜面体始终静止不动。重力加速度为g10m/s2sin37°0.6cos37°0.8.求:

1)在圆环P沿杆AB向上运动的过程中,地面对弹性斜面体的摩擦力;

2)恒力F的最大功率;

3)环从开始运动到第二次碰撞弹性斜面体的过程中,系统产生的热量。

【答案】110.32N,方向水平向左 (2115.4W348J

【解析】

(1)环与直轻杆之间的滑动摩擦力大小为 fABμmgcos53°

环对杆的压力 NABmgcos53°

以弹性斜面体为研究对象,在水平方向上有

f0fABcos53°+NABcos37°

由以上两式解得地面对弹性斜面体的摩擦力 f010.32N,方向水平向左。

(2)在圆环从AC的过程中,由动能定理得:

Fx1-mg(x1+x2)sin53°-μmgx1cos53°0

在圆环从BC的过程中,由机械能守恒得:

mgx2sin53°

恒力F的最大功率 PmFvB

联立解得:Pm81.6W≈115.4W

(3)设第一次碰撞前圆环的动能为Ek,由动能定理得:

Fx12μmgx1cos53°Ek

设第一碰撞后向上运动的距离为x,由动能定理得

mgxsin53°μmgxcos53°0Ek

解得:x10.47mx110m

系统产生的热量

Q(μmgcos53°)×x1×4

解得:Q48J.

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