Question

如圖所示，質(zhì)量為m的小物塊放在長直水平面上，用水平細(xì)線緊繞在半徑為R、質(zhì)量為2m的薄壁圓筒上．t=0時(shí)刻，圓筒在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下由靜止開始繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)中角速度滿足ω=β₁t（β₁為已知常數(shù)），物塊和地面之間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ．求：

（1）物塊做何種運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)說明理由．

（2）物塊運(yùn)動(dòng)中受到的拉力．

（3）從開始運(yùn)動(dòng)至t=t₁時(shí)刻，電動(dòng)機(jī)做了多少功？

（4）若當(dāng)圓筒角速度達(dá)到ω₀時(shí)，使其減速轉(zhuǎn)動(dòng)，并以此時(shí)刻為t=0，且角速度滿足ω=ω₀﹣β₂t（式中ω₀、β₂均為已知），則減速多長時(shí)間后小物塊停止運(yùn)動(dòng)？

Answer 1

解：（1）圓筒邊緣線速度與物塊前進(jìn)速度大小相同，根據(jù)v=ωR=Rβ₁t，線速度與時(shí)間成正比，故物塊做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；（2分）

   （2）由第（1）問分析結(jié)論，物塊加速度為a=Rβ₁，根據(jù)物塊受力，由牛頓第二定律得：   T﹣μmg=ma       則細(xì)線拉力為： T=μmg+m Rβ₁  （2分）

  （3）對(duì)整體運(yùn)用動(dòng)能定理，有

          W_電+W_f=（1分）

其中：W_f=﹣μmgs=﹣μmg（1分）

則電動(dòng)機(jī)做的功為：W_電=μmg+（1分）

（4）圓筒減速后，邊緣線速度大小v=ωR=ω₀R﹣Rβ₂t，線速度變化率為a=Rβ₂（1分）

若a≤μg，細(xì)線處于拉緊狀態(tài)，物塊與圓筒同時(shí)停止，物塊減速時(shí)間為：t=（1分）

若a＞μg，細(xì)線松弛，物塊水平方向僅受摩擦力，減速時(shí)間為：t=  （1分）