Question

【題目】如圖所示，水平放置的圓盤上，在其邊緣C點固定一個小桶，桶的高度不計，圓盤半徑為R＝1 m，在圓盤直徑CD的正上方，與CD平行放置一條水平滑道AB，滑道右端B與圓盤圓心O在同一豎直線上，且B點距離圓盤圓心的豎直高度h＝1．25 m，在滑道左端靜止放置質量為m＝0．4 kg的物塊（可視為質點），物塊與滑道的動摩擦因數為μ＝0．2，現用力F＝4 N的水平作用力拉動物塊，同時圓盤從圖示位置，以角速度ω＝2π rad/s，繞通過圓心O的豎直軸勻速轉動，拉力作用在物塊一段時間后撤掉，最終物塊由B點水平拋出，恰好落入圓盤邊緣的小桶內．重力加速度取10 m/s2．

（1）若拉力作用時間為0．5 s，求所需滑道的長度

（2）求拉力作用的最短時間

Answer 1

【答案】（1）4 m （2）0．3 s

【解析】試題分析: （1）物塊平拋：h＝gt2； t＝＝0．5 s 物塊離開滑道時的速度：v＝＝2 m/s

拉動物塊的加速度，由牛頓第二定律：F－μmg＝ma1；得：a1＝8 m/s2

撤去外力后，由牛頓第二定律：－μmg＝ma2；得：a2＝－2 m/s2

物塊加速獲得速度：v1＝a1t1＝4 m/s

則所需滑道的長度L＝x1＋x2＝a1t＋＝4 m

（2）盤轉過一圈時落入，拉力時間最短；

盤轉過一圈時間：T＝＝1 s；

物塊在滑道上先加速后減速，最終獲得：v＝a1t1＋a2t2

物塊滑行時間、拋出在空中時間與圓盤周期關系：

t1＋t2＋t＝T 由上兩式得：t1＝0．3 s

考點:牛頓第二定律、勻變速直線運動。