题目内容

14.如图所示,质量为M的小车放在光滑水平面上,小车上用细线悬吊一质量为m的小球(M>m),用力F水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度a向右运动时,细线与竖直方向成θ角,细线的拉力为FT.若将水平拉力F变为原来的n倍,仍使小球和车相对静止且一起向右加速运动,下列关系正确的是(  )
A.小车运动的加速变为na
B.细线的拉力变为nFT
C.细线与竖直方向的夹角变为nθ
D.细线与竖直方向夹角的余弦值变为ncosθ

分析 以整体为研究对象,根据牛顿第二定律求解加速度大小;对小球受力分析,在竖直方向应用平衡条件和水平方向牛顿第二定律细线的拉力、细线与竖直方向的夹角、细线与竖直方向夹角的余弦值表达式,然后依次分析.

解答 解:A、以整体为研究对象,根据牛顿第二定律可得a=$\frac{F}{M+m}$,若将水平拉力F变为原来的n倍,仍使小球和车相对静止且一起向右加速运动,小车运动的加速变为na,A正确;
B、水平拉力为F时,小球受力如图所示,

对小球,在竖直方向,由平衡条件得:FTcosθ=mg ①,
水平方向根据牛顿第二定律可得:F-FTsinθ=ma ②,
解得:FT=$\sqrt{(mg)^{2}+(F-ma)^{2}}$,所以当水平拉力F变为原来的n倍,仍使小球和车相对静止且一起向右加速运动,细线的拉力不是变为nFT,B错误;
C、由①②解得:tanθ=$\frac{F-ma}{mg}$,当水平拉力F变为原来的n倍,仍使小球和车相对静止且一起向右加速运动,细线与竖直方向的夹角不是变为nθ,C错误;
D、由①可得cosθ=$\frac{mg}{{F}_{T}}$,当水平拉力F变为原来的n倍,仍使小球和车相对静止且一起向右加速运动,细线的拉力不是变为nFT,细线与竖直方向夹角的余弦值也不是变为ncosθ,D错误.
故选:A.

点评 本题考查了求拉力与加速度问题,考查了牛顿第二定律的应用,巧妙选择研究对象、正确受力分析是解题的关键,应用平衡条件与牛顿第二定律可以解题.

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