如图所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平长直杆上,环与杆间的动摩擦因数为μ.现给环一个向右的初速度v0,同时对环施加一个竖直向上的作用力F,并使F的大小随v的大小变

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平长直杆上,环与杆间的动摩擦因数为μ.现给环一个向右的初速度v0,同时对环施加一个竖直向上的作用力F,并使F的大小随v的大小变化,两者关系为F=kv,其中k为常数,则环在运动过程中克服摩擦所做的功大小可能为(  )
A.
1
2
mv02
B.0
C.
1
2
mv02+
m3g2
2k2
D.
1
2
mv02-
m3g2
2k2
魔方格

◎ 答案

根据题意有对于小环的运动,根据环受竖直向上的拉力F与重力mg的大小分以下三种情况讨论:
(1)当mg=kv0时,即v0=
mg
k
时,环做匀速运动,摩擦力为零,Wf=0,环克服摩擦力所做的功为零;
(2)当mg>kv0时,即v0
mg
k
时,环在运动过程中做减速运动,直至静止.由动能定理得环克服摩擦力所做的功为Wf=
1
2
m
v20

(3)当mg<kv0时,即v0
mg
k
时,环在运动过程中先做减速运动,当速度减小至满足mg=kv时,即v=
mg
k
时环开始做匀速运动.由动能定理得摩擦力做的功
Wf=
1
2
mv2-
1
2
m
v20
=
m3g2
2k2
-
1
2
m
v20

即环克服摩擦力所做的功为
1
2
m
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