问题详情:
如图所示,质量为m的小物块放在足够长的水平面上,用水平细线紧绕在半径为R、质量为2m的薄壁圆筒上(圆筒的所有质量在薄筒壁上).t=0时刻,圆筒在电动机带动下由静止开始绕竖直中心轴转动,转动中角速度满足ω=β1t(β1为已知常数),物块和地面之间动摩擦因数为μ.求:
(1)物块做匀速还是匀加速运动?若是匀速请给出匀速速度大小,若是匀加速请给出加速度大小.
(2)物块运动中受到的拉力.
(3)从开始运动至t=t1时刻,电动机做了多少功?
(4)若当圆筒角速度达到ω0时,使其减速转动,并以此时刻为t=0,且角速度满足ω=ω0-β2t(式中ωβ2均为已知),则减速多长时间后小物块停止运动?
【回答】
解:(1)圆筒边缘线速度与物块前进速度大小相同
根据v=ωR=Rβ1t,线速度与时间成正比所以物块做初速为零的匀加速直线运动 ----1分,
物块加速度为a= Rβ1-----1分
(2)根据物块受力,由牛顿第二定律得T-μmg=ma -----2分
则细线拉力为 T=μmg+m Rβ1 -----2分
(3)对整体运用动能定理,有W电+Wf = -----1分
其中Wf =-μmgs=-μmg-----1分
则电动机做的功为 W电= μmg + -----2分
(或对圆筒分析,求出细线拉力的做功,结果正确同样给分)
(4)圆筒减速后,边缘线速度大小v=ωR=ω0R-Rβ2t,线速度变化率为a= Rβ2
若a≤μg,细线处于拉紧状态,物块与圆筒同时停止,物块减速时间为 t=ω0/β2 -----2分
若a>μg,细线松弛,物块水平方向仅受摩擦力,物块减速时间为t=ω0R/μg -----2分
知识点:专题四 功和能
题型:综合题