如图所示,水平放置的圆盘上,在其边缘C点固定一个小桶,桶的高度不计,圆盘半径为R=1m,在圆盘直径CD的正上方,与CD平行放置一条水平滑道AB,滑道右端B与圆盘圆心O在同一竖

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,水平放置的圆盘上,在其边缘C点固定一个小桶,桶的高度不计,圆盘半径为R=1m,在圆盘直径CD的正上方,与CD平行放置一条水平滑道AB,滑道右端B与圆盘圆心O在同一竖直线上,且B点距离圆盘圆心的竖直高度h=1.25m,在滑道左端静止放置质量为m=0.4kg的物块(可视为质点),物块与滑道的动摩擦因数为μ=0.2,现用力F=4N的水平作用力拉动物块,同时圆盘从图示位置,以角速度ω=2πrad/s,绕通过圆心O的竖直轴匀速转动,拉力作用在物块一段时间后撤掉,最终物块由B点水平抛出,恰好落入圆盘边缘的小桶内.重力加速度取10m/s2.求:(1)求拉力作用的最短时间;
(2)若拉力作用时间为0.5s,求所需滑道的长度;
(3)在(2)问的前提下,圆盘转动的圈数.

◎ 答案

(1)物块平抛:h=
1
2
gt2
t=

2h
g
=

2×1.25
10
=0.5s
物块离开滑道时的速度:v=
R
t
=2m/s;
拉动物块的加速度,由牛顿第二定律:F-μmg=ma1
代入数据解得:a1=
F-μmg
m
=
4-0.2×0.4×10
0.4
=8m/s2
撤去外力后,由牛顿第二定律:-μmg=ma2
得:a2=-0.2×10=-2m/s2
盘转过一圈时落入,拉力时间最短,有:
T=
ω
=
=1s,
物块在滑道上先加速后减速,有:v0=a1t1+a2t2=8t1-2t2
故4t1-t2=1;
物块滑行时间、抛出在空中时间与圆盘周期关系:t1+t2+t=T,
联立并代入数据得:t1=0.3s.
(2)若拉力时间为0.5s,则加速位移为:x1=
1
2
a1t2=
1
2
×8×0.25=1m;
加速的末速度为:v1=a1t=8×0.5=4m/s;
减速过程的位移为:x2=
v2-
v21
2a2
=
4-16
-4
m/s=3m;
木板的长度为:x=x1+x2=1+3=4m;
(3)拉力的时间为0.5s,减速时间为:t3=
v-
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