题目内容

2.如图所示.一个圆盘在水平面内绕中心轴以角速度ω匀速转动,盘面上放有三个可视为质点的木块A,B,C,其质量分别为3m,2m,m,它们恰好处于同一条直径上,与转轴的距离分别为r,r,2r,其中B、C两个木块用伸直的细线连接在一起.它们在随圆盘转动过程中,始终保持与圆盘相对静止.三个木块与圆盘间的动摩擦因数都为μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,下列说法正确的是(  )
A.木块A的向心加速度大于木块B的向心加速度
B.木块A与圆盘间的摩擦力一定小于木块B与圆盘间的摩擦力
C.圆盘的角速度ω≤$\sqrt{\frac{3μg}{4r}}$
D.如果当转速增大到使木块B恰好要滑动时剪断细线,木块C将沿切线方向飞出

分析 三个木块共轴转动,角速度相等,根据向心加速度的公式比较向心加速度的大小,分析向心力来源,由牛顿第二定律列式分析A、B的摩擦力大小.当B的静摩擦力达到最大时,B、C开始相对于圆盘发生相对滑动,结合牛顿第二定律求此时的角速度.分析C的受力情况,判断剪断细线木块C的运动方向.

解答 解:A、A、B做圆周运动的角速度ω相同,根据向心加速度公式a=ω2r,知A、B的向心加速度大小相等,故A错误.
B、木块A做圆周运动的向心力由静摩擦力提供,木块B做圆周运动的向心力由静摩擦力和细线的拉力的合力提供,若细线没有张力时,由f=ma知,A的质量较大,a相等,则A的摩擦力大于B的摩擦力,故B错误.
C、设A刚要滑动时圆盘的角速度为ω0,B刚要滑动时圆盘的角速度为ω0′.
根据牛顿第二定律得:
对A有 μ•3mg=3mω02r
解得:ω0=$\sqrt{\frac{μg}{r}}$.
对B有:T+μmg=mω0′2•2r
对C有:μ•2mg-T=2mω0′2r
联立以上两式解得ω0′=$\sqrt{\frac{3μg}{4r}}$
所以圆盘的角速度ω≤$\sqrt{\frac{3μg}{4r}}$,故C正确.
D、如果当转速增大到使木块B恰好要滑动时剪断细线,由于木块C还受到摩擦力,所以木块C不会沿切线方向飞出.故D错误
故选:C

点评 解决本题的关键是正解分析三个木块做圆周运动的向心力来源,把握临界条件,运用牛顿第二定律进行分析.

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