Question

【题目】如图所示，半径为R的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO′重合．转台以一定角速度ω匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和O点的连线与OO′之间的夹角θ为60°.重力加速度大小为g.

（1）若ω＝ω0，小物块受到的摩擦力恰好为零，求ω0；

（2）若ω＝（1±k）ω0，且0＜k＜1，求小物块受到的摩擦力大小和方向．

Answer 1

【答案】（1） （2）

【解析】（1）对小物块受力分析如图甲所示：

由于小物块在竖直方向上没有加速度，只在水平面上以为圆心做圆周运动， 的水平分力提供向心力，所以有： ，代入数据得。

（2） ①当 时，由向心力公式知， 越大，所需要的越大，此时不足以提供向心力了，物块要做离心运动，但由于受摩擦阻力的作用，物块不致于沿罐壁向上运动．故摩擦力的方向沿罐壁向下，如图乙所示，对进行分解，此时向心力由的水平分力和的水平分力的合力提供

，

将数据代入得到： 。

②当时，由向心力公式知， 越小，所需要的越小，此时超过所需要的向心力了，物块要做向心运动，但由于受摩擦阻力的作用，物块不致于沿罐壁向下运动．故摩擦力的方向沿罐壁向上，则对进行分解，此时向心力由的水平分力和的水平分力 的合力提供，

将数据代入得到： 。