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(18分)如图所示,一质量为1 kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆与水平面夹角θ为30°。现小球在F=20N的竖直向上的拉力作用下,从A点静止出发向上运动,已知杆与球间的动摩擦因数m为。试求:

(1)小球运动的加速度a1;

(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离sm;

(3)若从撤去力F开始计时,小球经多长时间将经过距A点上方为2.25m的B点。

(18分)解:

(1)在力F作用时有:(F-mg)sin30°-m(F-mg)cos30°=ma1      

解得:a1=2.5 m/s2                       (4分)

(2)刚撤去F时,小球的速度v1= a1t1=3m/s    小球的位移s1 = t1=1.8m   (2分)

撤去力F后,小球上滑时有:

mgsin30°+mmgcos30°=ma2         解得: a2=7.5 m/s2     (2分)                        

      因此小球上滑时间t2= =0.4s  上滑位移s2= t2=0.6m      (2分)

      则小球上滑的最大距离为sm=2.4m      (1分)

(3)在上滑阶段通过B点:   SAB- s1= v1 t3-a2t32            

通过B点时间  t3=0.2 s ,另t3=0.6s (舍去) (3分)

      小球返回时有:mgsin30°-mmgcos30°=ma3   解得: a3=2.5 m/s2   (2分)

因此小球由顶端返回B点时有:sm- SAB =a3t42   解得: t4 = (1分)

通过通过B点时间  t2+ t4= s»0.75s      (1分)

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