题目内容

7.如图所示,在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘盘面上,离轴心r=20cm处放置一小物块(A与盘保持相对静止),其质量为m=2kg,A与盘面间相互作用的静摩擦力和最大值为其重力的k倍(k=0.5),试求:
(1)当圆盘转动的角速度ω=2rad/s时,物块A圆周运动时的线速度大小?
(2)角速度与(1)问相同时,物块与圆盘间的摩擦力的大小为多大?
(3)欲使A与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的角速度不能超过多大(取重力加速度g=10m/s2)

分析 (1)根据线速度与角速度之间的关系求解线速度即可;
(2)对滑块受力分析,受到重力、支持力和指向圆心的静摩擦力,摩擦力提供向心力,根据向心力的公式即可求出;
(3)当静摩擦力达到最大值时,转动的加速度最大,根据静摩擦力提供向心力,运用牛顿第二定律列式求解即可.

解答 解:(1)由圆周运动的公式:v=r•ω=0.20×2=0.40m/s
(2)f=mω2r=2×22×0.2N=1.6N
方向为指向圆心.即当圆盘转动的角速度ω=2rad/s时,物块与圆盘间的摩擦力大小为1.6N,方向总是指向圆心.
(3)当最大静摩擦力提供向心力时,加速度最大,根据牛顿第二定律,有
kmg=mωm2r
解得:${ω}_{m}=\sqrt{\frac{kg}{r}}=\sqrt{\frac{0.5×10}{0.2}}=5$rad/s
即圆盘转动的最大角速度为5rad/s.
答:(1)当圆盘转动的角速度ω=2rad/s时,物块A圆周运动时的线速度大小是0.40m/s;
(2)角速度与(1)问相同时,物块与圆盘间的摩擦力的大小为1.6N;
(3)欲使A与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的角速度不能超过5rad/s.

点评 本题考查向心力与角速度之间的关系,解答关键是对物体受力分析,然后根据合力提供向心力,运用牛顿第二定律列式求解即可.

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