Question

固定光滑細桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動，推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖所示（4s后小環(huán)速度隨時間變化未畫出）．求
（1）小環(huán)質(zhì)量的大小
（2）α角的正弦值
（3）除1s末，何時小環(huán)的速度大小為0.5m/s．

Answer 1

解：（1）（2）由速度圖象得：在0-2s內(nèi)，小環(huán)的加速度為a₁=0.5m/s²，
根據(jù)牛頓第二定律得
F₁-mgsinα=ma₁
F₂=mgsinα
由圖讀出，F(xiàn)₁=5.5N，F(xiàn)₂=3.5N
解得：m=4kg，sinα=0.0875
（2）在4s時刻后，拉力F₃=1.5N＜mgsinα，則小環(huán)先向上勻減速運動再向下勻加速運動，加速度大小為a₃==a₁，故根據(jù)速度圖象得知，4s后速度圖象的斜率大小等于0-2s內(nèi)圖象的斜率大小，作出4s后的速度圖象如圖，由圖可知還有兩個時刻的速度為0.5m/s，即5s末和7s末．
答：
（1）小環(huán)質(zhì)量的大小是4kg．
（2）α角的正弦值為0.0875．
（3）除1s末，在5s末和7s末，小環(huán)的速度大小為0.5m/s．
分析：（1）（2）由速度圖象看出，在0-4s內(nèi)，小環(huán)先向上做勻加速運動，后做勻速運動，根據(jù)斜率等于加速度，求出加速度，由牛頓第二定律求解小環(huán)的質(zhì)量和α角的正弦值．
（3）在4s時刻后，小環(huán)先向上勻減再向下勻加，還有兩個時刻的速度為0.5m/s，由牛頓第二定律和速度圖象結(jié)合求出時間．
點評：本題首先要理解速度圖象的意義，抓住斜率等于加速度；其次運用牛頓第二定律求出質(zhì)量和α角的正弦值．