综合题19.0分
物理

一足够长的粗细均匀的杆被一细绳吊于高处,杆下端离地面高H,上端套一个细环,如图所示。断开轻绳,杆和环自由下落,假设杆与地面发生碰撞时触地时间极短,无动能损失,杆立即获得等大反向的速度。已知杆和环的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(重力加速度为g,k>1)。杆在整个过程中始终保持竖直,空气阻力不计。求:

18.次与地面碰撞弹起上升的过程中,环的加速度

19.面第二次碰撞前的瞬时速度

20.绳到杆和环静止,摩擦力对环和杆做的总功

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

杆上升过程中,环的加速度为a,则

 kmgmgma  得:a=(k-1)g,方向竖直向上                     (4分)

考查方向

动能定理的应用;自由落体运动.菁优网版权所

解题思路

在棒上升的过程中,环要受到重力的作用,同时由于环向下运动而棒向上运动,环还要受到棒的向上的摩擦力的作用,根据牛顿第二定律列式可以求得加速度的大小.

易错点

本题综合性较强,涉及多过程运动分析,难点在于分析棒和环的相对运动,进而得出位移,最后一个重要知识点是摩擦生热的计算,可对系统运用能量守恒定律研究

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

棒第一次落地的速度大小为v1 ,则

  得

棒弹起后的加速度为a′,则

mgkmg=ma′ 得:a′=(k+1)g,方向竖直向下

从落地经时间t1达到共同速度,则

   得

共同速度为

棒上升的高度

所以棒第二次落地时的速度  方向竖直向下           (7分)

考查方向

动能定理的应用;自由落体运动.菁优网版权所

解题思路

在下落的过程中,棒、环系统机械能守恒,由此求得棒第一次落地的速度大小.当棒触地反弹时,环将继续下落,棒、环之间存在相对滑动,由牛顿第二定律求得两者的加速度.由速度时间公式求得环与棒将在空中达到相同速度.由运动学公式求得上升的最大高度.从最高点棒和环一起自由下落,由运动学公式求解棒与地面第二次碰撞前的瞬时速度.

易错点

本题综合性较强,涉及多过程运动分析,难点在于分析棒和环的相对运动,进而得出位移,最后一个重要知识点是摩擦生热的计算,可对系统运用能量守恒定律研究

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

解法一:

在第一次弹起到落地的过程中环下降的高度:

环第一次相对棒的位移为:

第二次弹起经t2达到共同速度,则

   得

共同速度为

棒上升的高度

环下降的高度

环第二次相对棒的位移为

以此类推,可得

所以全程环相对杆的位移

摩擦力对环和杆做的总功          (8分)

解法二:

根据能量守恒:

所以

摩擦力对棒和环做的总功为

考查方向

动能定理的应用;自由落体运动.菁优网版权所

解题思路

整个过程中能量的损失都是由于摩擦力对物体做的功,所以根据能量的守恒可以较简单的求得摩擦力对环及棒做的功.

易错点

本题综合性较强,涉及多过程运动分析,难点在于分析棒和环的相对运动,进而得出位移,最后一个重要知识点是摩擦生热的计算,可对系统运用能量守恒定律研究