题目内容

8.一个小球用轻弹簧系住悬挂起来,平衡时弹簧伸长了4cm,现将它悬挂在平直道路上行驶的小车车顶上,发现弹簧伸长了5cm并向左方倾斜,如图所示(取g=10m/s2).求:
(1)小车加速度的大小;
(2)车厢地板上质量为M=50kg的木箱没有滑动,木箱受到的摩擦力.

分析 (1)根据平衡时弹簧伸长的长度和图中弹簧伸长的长度,由胡克定律求出弹簧向左倾斜时的弹力.以小球为研究对象,由牛顿第二定律求小球的加速度,即为小车的加速度.
(2)再以木箱为研究对象,木箱受到的摩擦力即为其合力,由牛顿第二定律解出.

解答 解:(1)由题意,弹簧竖直悬挂小球时,弹簧伸长了 x1=4cm,设弹力为F1.由胡克定律和平衡条件有:
F1=kx1=mg
当弹簧悬挂在平直道路上行驶的小车车顶上向左倾斜时,弹簧伸长了:x2=5cm,弹力为:F2=kx2
联立得:F2=$\frac{5}{4}$mg
对球受力如图,由几何关系可得小球所受的合力为:F=$\sqrt{{F}_{2}^{2}-(mg)^{2}}$=$\frac{3}{4}$mg
由牛顿第二定律得:a=$\frac{{F}_{合}}{m}$=$\frac{3}{4}$g=7.5m/s2
(2)以木箱为研究对象,根据牛顿第二定律得木箱受到的摩擦力为:f=Ma=50×7.5N=375N,方向水平向右.
答:(1)小车加速度的大小是7.5m/s2
(2)车厢地板上质量为M=50kg的木箱没有滑动,木箱受到的摩擦力是375N,方向水平向右.

点评 本题关键是先对小球受力分析,然后结合运动情况确定合力方向,运用正交分解法或合成法并结合牛顿第二定律求解加速度.

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