(2006•滨州二模)图示是建筑工地常用的一种“深穴打夯机”.工作时,电动机带动两个紧压夯杆的滚轮匀速转运将夯杆从深为h
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解题思路:(1)求出夯杆受到的摩擦力,从而求出夯杆向上匀加速运动的加速度a,通过计算判断夯杆上升运动的过程从而确定夯杆被释放时速度和离夯底的高度;

(2)重力和电动机对夯杆做功,根据动能定理可以求出电动机做的功;

(3)根据(1)问的分析,分匀加速上升、匀速上升和匀减速上升以及自由下落四段求一个打夯周期的时间.

(1)夯杆在上升过程中,对夯杆进行受力分析知,夯杆所受摩擦力为:f1=2μN=1.2×104N;

夯杆产生加速度为:a1=

f1−mg

m=2m/s2

当夯杆与滚轮相对静止时:v=a1t1=4m/s,t1=2s,h1=

1

2a1

t21=4m

当夯杆以v=4m/s的初速度竖直上抛,上升高度为:h2=

v2

2g=0.8m

则当夯杆加速向上运动速度到达v=4m/s后,夯杆匀速上升,匀速上升高度为:h3=h-h1-h2=1.6m

因此,夯杆先匀加速上升,后匀速上升,再竖直上抛.

故夯杆上升过程中被滚轮释放时的速度为4m/s;

此时夯杆底端离夯底△h=h-h2=5.6m.

(2)夯杆在上升过程中只有电动机和重力对夯杆做功,根据动能定理有:

W+WG=0

∴W=-WG=-mg(-h)=mgh=6.4×104J

夯杆下落过程中只有重力做功电动机不做功,故一个打夯周期中电动机对夯杆做功为6.4×104J

(3)夯杆上抛运动的时间为:t2=

v

g=0.4s;

夯杆匀速上升的时间为:t3=

h3

v=0.4s;

夯杆自由落体的时间为:h=

1

2g

t24,t4=

2h

g=1.13s

故打夯周期为:T=t1+t2+t3+t4=3.93s

答:(1)夯杆上升过程中被滚轮释放时的速度为4m/s,此时夯杆底端离夯底5.6m;

(2)每个打夯周期中,电动机对夯杆所作的功6.4×104J;

(3)打夯周期为3.93s.

点评:

本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的速度与位移的关系.

考点点评: 本题关键是分析求出夯杆的运动规律,根据牛顿第二定律和运动学公式综合求解.

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