题目内容


 如图所示,质量为m的小物块放在长直水平面上,用水平细线紧绕在半径为R、质量为2m的薄壁圆筒上.t=0时刻,圆筒在电动机带动下由静止开始绕竖直中心轴转动,转动中角速度满足ω=β1tβ1为已知常数),物块和地面之间动摩擦因数为μ.求:

(1)物块做何种运动?请说明理由.

(2)物块运动中受到的拉力.

(3)从开始运动至t=t1时刻,电动机做了多少功?

(4)若当圆筒角速度达到ω0时,使其减速转动,并以此时刻为t=0,且角速度满足ω=ω0β2t(式中ω0β2均为已知),则减速多长时间后小物块停止运动?


(1)圆筒边缘线速度与物块前进速度大小相同

根据v=ωR=1t,线速度与时间成正比

物块做初速为零的匀加速直线运动                     (3分)

(2)由(1)问分析结论,物块加速度为a=1               (1分)

根据物块受力,由牛顿第二定律得 Tμmg=ma            

则细线拉力为 T=μmg+m Rβ1                                  (2分)

(3)对整体运用动能定理,有

W+Wf =                     (2分)

其中Wf =-μmgs=μmg                (1分)

则电动机做的功为  W= μmg +      (1分)

(或对圆筒分析,求出细线拉力的做功,结果正确同样给分)

(4)圆筒减速后,边缘线速度大小v=ωR=ω0RRβ2t,线速度变化率为a= Rβ2

aμg,细线处于拉紧状态,物块与圆筒同时停止,物块减速时间为 t=ω0/β2    (2分)

a>μg,细线松弛,物块水平方向仅受摩擦力,物块减速时间为t=ω0R/μg      (2分)


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