题目内容

8.如图所示,倾角为θ=37°的斜面体置于水平地面上,物块置于斜面体上,通过轻绳跨过光滑的定滑轮与质量为m的小球连接,物块到定滑轮间的一段轻绳与斜面平行.轻绳无拉力时物块恰好静止在斜面体上,若将小球拉至左侧轻绳伸直与竖直方向成60°角处无初速度释放,小球摆到最低点时,物块与斜面间恰好无摩擦力.现将小球拉至左侧轻绳水平位置无初速度释放,则(斜面体始终静止,物块至于斜面体上)小球通过最低点时,斜面体受到地面的摩擦力多大?

分析 由动能定理求出A到最低点的速度,由牛顿第二定律求绳子对B的拉力,然后对B由平衡条件求出物块B所受的摩擦力;
对B与斜面整体受力分析,判断地面对斜面体摩擦力的方向.

解答 解:轻绳无拉力时物块恰好静止在斜面体上,则最大静摩擦力:fm≥Mgsin37°=0.6Mg
设小球到动滑轮之间的距离为l,小球摆下过程,只有重力做功,机械能守恒,有mgh=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$,
所以:v1=$\sqrt{2gh}=\sqrt{2gl(1-cos60°)}=\sqrt{gl}$
在最低点,有F1-mg=m$\frac{{v}_{1}^{2}}{l}$,
解得:F1=2mg.
再对物体受力分析,受重力、支持力、拉力,重力的下滑分量为Fx=Mgsin37°=2mg,故M=$\frac{10}{3}$mg
小球拉至左侧轻绳水平位置无初速度释放时,只有重力做功,机械能守恒,有mgl=$\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}$,
在最低点,有F2-mg=m$\frac{{v}_{2}^{2}}{l}$,
解得:F2=3mg.
再对物体受力分析,受重力、支持力、拉力和静摩擦力,沿斜面的方向:
${F}_{2}-Mgsin37°=3×\frac{3}{10}Mg-Mg×0.6=0.3Mg<{f}_{m}$
可知,物块受到的静摩擦力是0.3Mg,小于最大静摩擦力,物块仍然相对于斜面体静止.
以物体和斜面体整体受力分析,由于小球向左上方拉物体和斜面体整体,故一定受到地面对其向右的静摩擦力.摩擦力的大小:
f=F2cos37°=3mg×0.8=2.4mg.
答:小球通过最低点时,斜面体受到地面的摩擦力是2.4mg.

点评 本题关键是先根据机械能守恒求出小球最低点速度,再根据向心力公式得出球对细线的拉力,最后对滑块受力分析后根据共点力平衡条件判断静摩擦力变化情况;同时要注意研究对象的灵活选择.

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