问题 计算题

在地面上方足够高的地方,存在一个高度d=0.5m的“相互作用区域”(下图中画有虚线的部分).一个小圆环A套在一根均匀直杆B上,AB的质量均为m,若它们之间发生相对滑动时,会产生f=0.5mg的摩擦力.开始时A处于B的最下端,B竖直放置,A距“相互作用区域”的高度h=0.8m.让AB一起从静止开始下落,只要A处于“相互作用区域”就会受到竖直向上、大小F=3mg的恒力作用,而“相互作用区域”对处于其中的杆B不产生作用力.杆B在下落过程中始终保持竖直,且杆的长度能够保证圆环A与杆不会分离.不计空气阻力,取g=10m/s2.求:

小题1:杆B的最下端刚进人“相互作用区域”时的速度;

小题2:圆环A通过“相互作用区域”所用的时间;

小题3:为保证圆环A在空中运动过程中始终与杆不会分离,杆的最小长度.

答案

小题1:v1=4.0m/s

小题2:t=0.2s

小题3: 

(1)设AB一体静止下落至“相互作用区域”的速度为v1,则

                                              (1分)

代入数据得 v1="4.0m/s     "                           (1分)

(2) A在“相互作用区域”运动时,A受到重力mg、滑动摩擦力f和竖上向上的恒力F作用,设加速度aA、运动时间为t,根据牛顿第二定律有

                                   (1分)

代入数据得 aA=-15m/s2

由位移公式有                          (1分)

代入数据解得 t="0.2s  " t′=0.33s(不符题意,舍去)      (1分)

(3)设B在“相互作用区域”运动的加速度为aBA刚离开“相互作用区域”时, 圆环A和直杆B的速度分别为vAvB,则

vB=v0+aBtvA= v1+aAt                  (1分)

代入数据解得vA =1m/s,vB=5m/s

此过程二者相对滑动的距离

代入数据解得                               (1分)

A离开“相到作用区域”后二者相对滑动过程的时间为t′A的加速度为,则

vA+t =vB+aBt                    (1分)

二者相对滑动的距离

代入数据解得  t′="0.4s" ,                     (1分)

则杆的最小长度                       (1分)

单项选择题
多项选择题