Question

如圖，將質(zhì)量m=2kg的圓環(huán)套在與水平面成37°角的直桿上，直桿固定不動(dòng)，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑，環(huán)與桿間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，對(duì)環(huán)施加一個(gè)豎直向上的拉力F，使環(huán)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知t=1s 內(nèi)環(huán)通過的位移為0.5m．
（1）若環(huán)沿桿向下運(yùn)動(dòng)，求F的大��；
（2）若環(huán)沿桿向上運(yùn)動(dòng)，且t=1s時(shí)撤去拉力，求環(huán)沿桿向上運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做功的大小．

Answer 1

分析：（1）先根據(jù)位移時(shí)間公式求出加速度，然后對(duì)環(huán)受力分析，受重力、拉力、支持力和摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律列方程求解；
（2）根據(jù)位移時(shí)間公式求出加速度，然后對(duì)環(huán)受力分析，受重力、拉力、支持力和摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律列方程求解出拉力F；撤去拉力后，先根據(jù)牛頓第二定律求加速度，求出最大位移，然后求解克服摩擦力做功的大�。�

解答：解：（1）環(huán)做勻加速運(yùn)動(dòng)：a=

2s

t2

=1m/s²                             
向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)＜mg，據(jù)牛頓第二定律，有：
（mg-F）sin37°-μ（mg-F）cos37°=ma                  
代入數(shù)據(jù)得：F=10N                                      
（2）向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)＞mg，據(jù)牛頓第二定律：
（F-mg）sin37°-μ（F-mg）cos37°=ma
代入數(shù)據(jù)得：F=30N                                      
即若環(huán)沿桿向上運(yùn)動(dòng)：f₁=μ（Fcos37°-mg cos37°）=4N
1s內(nèi)克服摩擦力做功：W₁=f₁s₁=2J                        
撤去力F后：f₂=μmg cos37°=8N
環(huán)減速上升：a₂=g sin37°+μg cos37°=10m/s²
s₂=

v2

2a2

=0.05m，W₂=f₂s₂=0.4J        
向上運(yùn)動(dòng)中克服摩擦力做功為：W=W₁+W₂=2.4J         
答：（1）若環(huán)沿桿向下運(yùn)動(dòng)，求F的大小為10N；
（2）若環(huán)沿桿向上運(yùn)動(dòng)，且t=1s時(shí)撤去拉力，環(huán)沿桿向上運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做功的大小為2.4J．

點(diǎn)評(píng)：本題是先根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況求解加速度，然后再運(yùn)用牛頓第二定律求出合力，確定物體的受力情況．