题目内容

【题目】如图所示,长L=3.41m的水平直杆BC,与高H=0.2m的光滑细弯杆AB底部和足够长斜杆CD底部都平滑连接,CD与水平方向夹角θ=37°.一质量m=0.2kg的小环套在杆上,从最高点A由静止释放,沿细弯杆运动到B点时在小环上加一水平向右的外力F=2N,至C点撤去,小环冲上斜杆CD.已知小环与杆BC、CD间动摩擦因数均为μ=0.8.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:

(1)小环在B点时的速度vB大小;

(2)判断小环最终能否静止在斜杆上,通过表达式及计算加以说明;

(3)小环在斜杆CD上运动的时间。(小数点后保留两位)

【答案】(1)2m/s (2)由于G1<fmax,可得小球能静止在斜杆上 (3)0.34s

【解析】

(1)对小环,从A到B的过程中,以水平面为零势面,因只有重力做功,由机械能守恒求解B点速度;

(2)在斜杆CD上,小球重力的沿斜面方向分力G1=mgsin37°,与最大静摩擦力fmax=μmgcos37°比较可知。

(3)对小环,在BC段,由牛顿第二定律求解加速度,根据vC2﹣vB2=2a1L得vC,小环沿斜杆CD上滑过程中,由牛顿第二定律可得加速度,根据运动学公式求解时间。

(1)对小环,从A到B的过程中,以水平面为零势面,因只有重力做功,由机械能守恒,有:mvB2=mgH

代入数据解得:vB= m/s=2m/s

(2)在斜杆CD上,小球重力的沿斜面方向分力为:G1=mgsin37°=0.6mg

而最大静摩擦力为:fmax=μmgcos37°=0.64mg

由于G1<fmax,可得小球能静止在斜杆上。

(3)对小环,在BC段,由牛顿第二定律知:

F﹣f1=ma1

N1=mg

f1=μN1

代入数据解得:

a1=m/s2=2m/s2;

由vC2﹣vB2=2a1L得:vC==4.2m/s

小环沿斜杆CD上滑过程中,由牛顿第二定律可得:

mgsin37°+f2=ma2

N2=mgcos37°,

f2=μN2

代入数据解得a2=12.4m/s2

由vt=vC﹣at

得t=s=0.34s

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