例题8.如图12所示,长为、质量为的圆柱形木棒竖直放置,在其顶部套有一质量为的薄铁环,当棒和环有相对运动时,棒和环之间有大小恒为()的摩擦力。现突然在棒的下端给棒一个很大的冲击力,使棒瞬间具有竖直向上的初速度,试求:

⑴若要使铁环在木棒落地之前不滑离木棒,此木棒的长度不能少于多少?

⑵设木棒足够长,求棒上升的最大高度?

解析:⑴经过分析可知,为使铁环在木棒落地之前不滑离木棒,只需铁环与木棒具有向上的共同速度时不滑离木棒即可。

设铁环的加速度大小为,由于>1,故方向向上;木棒的加速度大小为,方向向下。则有

对于铁环  

对于木棒  

木棒相对于铁环的加速度为

      

解以上几式得

      

再由匀变速直线运动规律公式得

      

解得    

木棒的长度为

      

所以木棒的最小长度为

⑵铁环和木棒的速度相等时,对于铁环和木棒分别有

      

      

解得    

设此时木棒上升的高度为,以木棒的初速度方向为正方向,则

        

解得    

命题解读:本题涉及到物体的受力分析、牛顿第二定律、运动学规律和相对运动等规律,是典型的综合问题,重在考查灵活运用牛顿定律和运动学规律求解关联问题的能力,这也是高考综合分析计算题命题的重点和热点。

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