问题 选择题

如图所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平直杆上,杆足够长,环与杆的动摩擦因数为μ.现给环一个向右的初速度v0,如果在运动过程中还受到一个方向始终竖直向上的力F,F=kv(k为常数,v为环的速率),则环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功不可能为(  )

A.

1
2
mv
 20

B.

1
2
mv
 20
+
m3g2
2k2

C.0

D.

1
2mv
 20
-
m3g2
2k2

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
v20
-
m3g2
2k2

故选B

单项选择题
问答题