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如图所示,一个质量为m的钢性圆环套在一根固定的足够长的水平直杆上,环的半径略大于杆的半径。环与杆之间的动摩擦因数为,t=0时刻给环一个向右的初速度v0,同时对环施加一个方向始终竖直向上的力F,已知力F的大小F=kv(k为常数,v为环的运动速度),且有kv0>mg。t=t1时刻环开始沿杆做匀速直线运动,试求:

   (1)t=0时刻环的加速度;

   (2)全过程中环克服摩擦力做的功;

   (3)0~t1时间内环沿杆运动的距离。

答案

t=0时刻,由牛顿第二定律得  NmgF0  (2分)

                          fμNma (2分)

由以上两式解得          (1分)

⑵当F1mg时,环做匀速直线运动,此时速度为 (2分)

全过程克服摩擦力做的功为  (3分)

⑶由动量定理得                 (2分)

由于环运动过程中每一时刻有 

所以有                         (2分)

由以上式子得                 (2分)

环在t1时间内的位移为      (2分)

其他合理解答,同样给分。

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