解题思路:(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环由于惯性继续向下运动,受到向上的滑动摩擦力,大小为kmg,棒向上运动,受到向下的滑动摩擦力,大小为kmg,故可以根据牛顿第二定律分别求出环和棒的加速度.
(2)棒运动的总路程为原来下降的高度H,加上第一次上升高度的两倍,对棒受力分析可以求得棒的加速度的大小,在由运动学公式可以求得上升的高度.
(3)弹起后,环的运动由两个过程构成,一个是向下的匀减速,另一个是向上的匀加速直到与棒的速度相等,根据运动学公式求出两者相对滑动距离,即等于棒最少长度.
(4)据能量守恒列式,求出棒最少为长度.
(1)第一次碰地后,环和棒的加速度大小分别是
a环=[kmg−mg/m]=(k-1)g,竖直向上.
a棒=[kmg+mg/m]=(k+1)g.竖直向下.
(2)落地及反弹的瞬时速度大小v1=
2gH,a棒=(k+1)g,竖直向下,
匀减速上升高度s1=
v2
2a棒,
而s=H+2s1.
解得s=[k+3/k+1H
(3)设经过时间t1达到共速v1′,方向向下.以向下为正方向,
v1′=v1-a环t1=-v1+a棒t1,
解得t1=
v1
kg],v1′=
v1
k,
该过程棒上升的高度h1=
v1−v1′
2t1=[k−1
k2H
环下降的高度h2=
v1+v1′/2t1=
k+1
k2H,相对滑动距离x1=h1+h2=
2H
k].
故棒最少长度为[2H/k]
(4)设从断开轻绳到棒和环都静止,要使环不脱离棒,棒最少为l.根据能量守恒 mgH+mg(H+l)=kmgl
解得l=[2H/k−1]
答:(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环和棒的加速度分别为(k-1)g,竖直向上和(k+1)g.竖直向下.
(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间,棒运动的路程s为[k+3/k+1H:
(3)与地面第二次碰撞前要使环不脱离棒,棒最少为
2H
k].
(4)从断开轻绳到棒和环都静止,要使环不脱离棒,棒最少为[2H/k−1].
点评:
本题考点: 匀变速直线运动规律的综合运用.
考点点评: 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.