(2013上海市奉贤区期末)如图,将质量m=2kg的圆环套在与水平面成θ=37°角的足够长直杆上,直杆固定不动,环的直径略大于杆的截面直径,杆上依次有三点A、B、C,sAB=8m,sBC=0.6m,环与杆间动摩擦因数m=0.5,对环施加一个与杆成37°斜向上的拉力F,使环从A点由静止开始沿杆向上运动,已知t=4s时环到达B点。试求:(重力加速度g=l0m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)F的大小;
(2)若到达B点时撤去力F,则环到达C点所用的时间。
解:(1)(8分)环做匀加速运动,
若Fsin370<Gcos370,杆对环的弹力在垂直杆向上,
N+Fsin37°=mg cos37°,
Fcos37°-mN-mg sin37°=ma
代入数据得,F=20N
若Fsin370>Gcos370,杆对环的弹力在垂直杆向下,
N+mg cos37°=Fsin37°Fcos37°-mN-mg sin37°=ma,
代入数据得,F=12N。不符合要求。(备注:得到20N正确,没有舍去12N扣1分)
(2)(4分),
μmgcosθ+mgsinθ=ma2
a2=μgcosθ+gsinθ=10m/s2,
,
若物体向上经过C点,。
若物体向下经过C点,
mgsinθ-μmgcosθ=ma3,
a3= gsinθ-μgcosθ=2m/s2,
,
,到C点的时间为0.2s或
。(得到1解就得分)