Question

如圖所示，底座A上裝有長(zhǎng)0.5m的直立桿，總質(zhì)量為1kg，用細(xì)線懸掛，底座底面離水平地面H=0.2m，桿上套有質(zhì)量為0.2kg的小環(huán)B，它與桿間有摩擦，設(shè)環(huán)與桿相對(duì)滑動(dòng)時(shí)摩擦力大小始終不變，環(huán)從底座以

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m/s的初速度沿桿豎直向上運(yùn)動(dòng)，最后恰能到達(dá)桿的頂端（取g=10m/s²）．求：
（1）環(huán)沿桿上滑過(guò)程中的加速度大小；
（2）在環(huán)上滑過(guò)程中，細(xì)線對(duì)桿的拉力大��；
（3）若小環(huán)在桿頂端時(shí)細(xì)線突然斷掉，底座下落后與地面立即粘合后靜止，整個(gè)過(guò)程桿沒(méi)有晃動(dòng)，則小環(huán)第一次與底座相碰時(shí)的速度為多少？

Answer 1

分析：（1）環(huán)向上作勻減速運(yùn)動(dòng)，恰能到達(dá)桿的頂端時(shí)速度為零，由速度位移關(guān)系公式求解加速度．
（2）環(huán)向上作勻減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，根據(jù)牛頓第二定律求出摩擦力，即可求出細(xì)線對(duì)桿的拉力大小；
（3）若小環(huán)在桿頂端時(shí)細(xì)線突然斷掉，球與桿先一起自由下落，底座下落后與地面立即粘合靜止后，環(huán)繼續(xù)向下作勻加速運(yùn)動(dòng)．由位移公式求出下落的時(shí)間和速度．底座靜止后，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出小環(huán)第一次與底座相碰時(shí)的速度．

解答：解：（1）對(duì)環(huán)：向上作勻減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，有：v₀²=2a₁L，
得：a₁=

v 2 0

2L

=15m/s²
（2）對(duì)環(huán)向上作勻減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，有：
mg+f=ma₁，得：f=ma₁-mg=1N
F=mg-f，則細(xì)線對(duì)桿的拉力大小 F=9N
（3）對(duì)環(huán)和底座一起下落過(guò)程，有：H=

1

2

g

t

2 1

，可得：
  t1=

2H g

 v₁=gt₁=2m/s
底座靜止后，環(huán)向下作勻加速運(yùn)動(dòng)，對(duì)此過(guò)程有：
mg-f=ma₂，代入數(shù)據(jù)可得：a₂=5m/s²
據(jù)：L=v1t2+

1

2

a2

t

2 2

代入數(shù)據(jù)有：0.5=2t₂+2.5t₂²  可解得：t₂=0.2s
∴v₂=v₁+a₂t₂=3 m/s
答：
（1）環(huán)沿桿上滑過(guò)程中的加速度大小是15m/s²；
（2）在環(huán)上滑過(guò)程中，細(xì)線對(duì)桿的拉力大小是9N；
（3）小環(huán)第一次與底座相碰時(shí)的速度是3m/s．

點(diǎn)評(píng)：本題是多過(guò)程問(wèn)題，采用程序法按順序分析物體的運(yùn)動(dòng)情況是解題的基礎(chǔ)，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律結(jié)合求解是最基本的方法．