（2011•青岛模拟）如图所示，水平放置的圆盘上，在其边缘C点固定一个小桶，桶的高度不计，圆盘半径为R=1m，在圆盘直径CD的正上方，与CD平行放置一条水平滑道AB，滑道右端B与圆

Question

（2011•青岛模拟）如图所示，水平放置的圆盘上，在其边缘 C 点固定一个小桶，桶的高度不计，圆盘半径为 R=1m，在圆盘直径 CD 的正上方，与 CD 平行放置一条水平滑道 AB，滑道右端 B 与圆盘圆心 O 在同一竖直线上，且 B 点距离圆盘圆心的竖直高度 h=1.25m，在滑道左端静止放置质量为 m=0.4kg的物块（可视为质点），物块与滑道的动摩擦因数为 μ=0.2，现用力 F=4N的水平作用力拉动物块，同时圆盘从图示位置，以角速度ω=2π  rad/s，绕通过圆心 O 的竖直轴匀速转动，拉力作用在物块一段时间后撤掉，最终物块由B 点水平抛出，恰好落入圆盘边缘的小桶内．重力加速度取10m/s²．
（1）若拉力作用时间为0.5s，求所需滑道的长度；
（2）求拉力作用的最短时间．

Answer 1

（1）物块平抛：h＝(1)/(2)gt2；t＝√((2h)/(g))＝0.5s
物块离开滑道时的速度：v＝(R)/(t)＝2m/s
拉动物块的加速度，由牛顿第二定律：F-μmg=ma₁；得：a1＝8m/s2
撤去外力后，由牛顿第二定律：-μmg=ma₂；得：a2＝−2m/s2
匀加速运动的位移x₁=(1)/(2)a1t12=(1)/(2)×8×0.25m=1m，匀加速运动的速度v1=a₁t₁=4m/s．
匀减速运动的位移x₂=(v2−v12)/(2a2)=3m．
板长L=x₁+x₂=4m．
故所需滑道的长度为4m．
（2）盘转过一圈时落入，拉力时间最短；
盘转过一圈时间：T＝(2π)/(ω)＝1s；
物块在滑道上先加速后减速，最终获得：v=a₁t₁-a₂t₂
物块滑行时间、抛出在空中时间与圆盘周期关系：t₁+t₂+t=T
由上两式得：t₁=0.3s
故拉力作用的最短时间为0.3s．