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=β1t(β1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=ω0-β2t(式中ω0、β2均为已知),则减速多长时间后小物块停止运动?
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(1)圆筒边缘线速度与物块前进速度大小相同
根据v=ωR=Rβ1t,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= Rβ1 (1分)
根据物块受力,由牛顿第二定律得 T-μmg=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电+Wf =
(2分)
其中Wf =-μmgs=-μmg
(1分)
则电动机做的功为 W电= 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=ω0R-Rβ2t,线速度变化率为a= Rβ2
若a≤μg,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)
若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)
如图所示为某校物理兴趣小组的同学设计的一个玻璃管测力计,玻璃管竖直悬挂,上端封闭、下端开口,管内一个很薄的轻质活塞封闭了一定质量的空气,活塞连接一轻质秤钩.已知玻璃管的横截面积S为1cm2.现将不同质量的钩码M挂在秤钩上,稳定后用刻度尺测量出活塞与管顶之间的距离L,四次实验的数据记录在下面的表格中.实验过程中气体的温度保持不变,g取 10m/s2.
(1)通过计算可得实验时大气压强p0=_______Pa.
(2)在玻璃管测力计上L=4.00cm处应标上所测作用力F=______N,空气柱长度L随加在秤钩上作用力F变化而_______变化(选填“均匀”或“不均匀”).
(3)通过实验,同学们发现用这种玻璃管测力计来测力,存在一些不足之处,请列举两点:
①__________________;②___________________.
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| 实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| M(kg) | 0.000 | 0.100 | 0.250 | 0.409 |
| L(cm) | 2.00 | 2.22 | 2.66 | 3.36 |