解题思路:物体A匀速下降,受力平衡,物体受到重力、外力F、圆柱体的支持力和滑动摩擦力,而滑动摩擦力方向与物体相对于圆柱体的速度方向相反.物体A既以v0=1.8m/s的速度竖直下降,又相对圆柱体转动,先由 v′=ωr求出A相对圆柱体垂直纸面向外的速度v′,得到合速度v,由cosθ=
v
0
v
,求出合速度与竖直方向的夹角θ,即可确定出滑动摩擦力的方向,再根据平衡条件和摩擦力公式Ff=μFN,求解F的大小.
A、B、在水平方向圆柱体有垂直纸面向里的速度,A相对圆柱体有垂直纸面向外的速度为v′,
则v′=ωr=8π×[3/10π]=2.4m/s;
在竖直方向有向下的速度 v0=1.8m/s
合速度的大小为v=3m/s
设合速度与竖直方向的夹角为θ,则有:
cosθ=
v0
v=0.6
所以A所受的滑动摩擦力方向与竖直方向的夹角也为θ,即53°.
A做匀速运动,竖直方向平衡,则有
Ffcosθ=mg,
得 Ff=[12/0.6]=20N
另Ff=μFN,FN=F,
所以有:F=[20/0.25]=80N;
故A正确,B错误;
C、圆柱体转动一周过程中克服摩擦力做功为:
W=f(2πr)sin53°=9.6J;故C正确;
D、圆柱体转动一周过程中,物体A克服摩擦力做功为:
W=f(v0×[2π/ω])cos53°=5.4J;故D正确.
故选:ACD.
点评:
本题考点: 功的计算;摩擦力的判断与计算.
考点点评: 本题关键是运用运动的合成法确定合速度的方向,得到滑动摩擦力的方向,要有空间想象能力.