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如图所示 圆盘可以绕过圆心垂直圆盘的竖直轴在水平面内匀速转动.圆盘半径R=0.4m 在

时间:2018-10-20 06:39:20

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如图所示 圆盘可以绕过圆心垂直圆盘的竖直轴在水平面内匀速转动.圆盘半径R=0.4m 在

问题补充:

如图所示,圆盘可以绕过圆心垂直圆盘的竖直轴在水平面内匀速转动.圆盘半径R=0.4m,在圆盘边缘有一质量M=0.5kg的A物体,A通过长度L=0.7m的水平细轻绳穿过位于圆心的光滑轻质小定滑轮与质量m=0.29kg的B物体相连,轻绳与小孔间无摩擦.A物体与圆盘间的最大静摩擦力为其正压力的0.42倍.圆盘距地面高度H=0.5m.(g=10m/s2,AB两物体可视为质点)?

求:①为使物体A与圆盘间不发生相对滑动,圆盘转动的角度的范围大小多大?

②若当A与圆盘间的静摩擦力f=0.3N时,将OA段绳烧断,则当B落地瞬间A、B两物体的距离最大为多少?

答案:

解:①A受到的最大静摩擦力背离圆心时,角速度最小,

由牛顿第二定律得:mg-μMg=Mω12R,解得:ω1=2rad/s,

当A受到的最大静摩擦力指向圆心时,角速度最大,

由牛顿第二定律得:mg+μMg=Mω22R,解得:ω1=5rad/s,

角速度范围是2rad/s≤ω≤5rad/s;

②绳子断后,B做自由落体运动,

H-(L-R)=gt2,解得:t=0.2s,

对于A,若静摩擦力指向圆心,

由牛顿第二定律得:mg+f=M,解得:v1=1.6m/s,

若静摩擦力背离圆心,物体A的线速度为v2,mg-f=M,

显然由上述两个方程可得:v1>v2,所以物体A以v1的速度平抛,当物体B落地时两者间距最大;

物体A做平抛运动,t=0.2s时间内,沿速度方向的位移为x,

下落的位移为y,则有:x=v1t,,解得:x=0.32m,y=0.2m,

所以此时A物体与地面的高度为:h=H-y=0.3m,

物体A、B间此时的距离为:;

答::①为使物体A与圆盘间不发生相对滑动,圆盘转动的角度的范围是2rad/s≤ω≤5rad/s;

②若当A与圆盘间的静摩擦力f=0.3N时,将OA段绳烧断,则当B落地瞬间A、B两物体的距离最大为0.59m.

解析分析:①A做匀速圆周运动,绳子拉力与摩擦力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可以求出角速度的范围.

②绳子断裂后,B做自由落体运动,A做平抛运动,应用自由落体运动规律与平抛运动规律可以求出A、B间的最大距离.

点评:摩擦力与绳子拉力的合力提供向心力,摩擦力的方向既可以指向圆心,也可以背离圆心,根据摩擦力方向变化情况分析讨论是正确解题的关键.

如图所示 圆盘可以绕过圆心垂直圆盘的竖直轴在水平面内匀速转动.圆盘半径R=0.4m 在圆盘边缘有一质量M=0.5kg的A物体 A通过长度L=0.7m的水平细轻绳穿过位

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