题目内容

如图所示,一质量为1kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆与水平面夹角θ为30°.现小球在F=20N的竖直向上的拉力作用下,从A点静止出发向上运动,已知杆与球间的动摩擦因数μ=
3
6
,g=10m/s2.试求:
(1)小球运动的加速度a1
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离sm
分析:首先分析撤去前小球的受力情况:重力、拉力,杆的支持力和滑动摩擦力,采用正交分解法,根据牛顿第二定律求出加速度.再用同样的方法求出撤去后小球的加速度,运用运动学公式求出最大距离.
解答:解:(1)在力F作用时有:
(F-mg)sin30°-m(F-mg)cos30°=ma1      
a1=2.5 m/s2
(2)刚撤去F时,小球的速度v1=a1t1=3m/s   
小球的位移s1 =
v1
2
t1=1.8m  
撤去力F后,小球上滑时有:
mgsin30°+μmgcos30°=ma2  
a2=7.5 m/s2
因此小球上滑时间t2=
v1
a2
=0.4s  上滑位移s2=
v1
2
t2=0.6m
则小球上滑的最大距离为sm=s1+s2=2.4m         
答:(1)小球运动的加速度为2.5 m/s2
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离为2.4m.
点评:牛顿定律和运动学公式是解决力学的基本方法.关键在于分析物体的受力情况和运动情况.当物体受力较多时,往往采用正交分解法求加速度.本题求小球上滑过程中距A点最大距离,也可运用动能定理.
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