题目内容

14.一根质量为M的均质绳,其两端固定在天花板上的A、B两点,在绳的中点悬挂一质量为m的重物,悬挂重物绳的质量不计.如图所示,设a为绳的端点A、B点的切线与竖直方向的夹角、β为均质绳中点处的切线方向和竖直方向的夹角,则下列说法中正确的是(  )
A.$\frac{tana}{tanβ}$=$\frac{m}{M+m}$
B.a可能等于β
C.均质绳中各点张力大小相等
D.若去掉重物,均质绳的重心位置不变

分析 先以整体为研究对象,根据平衡条件分析端点处对绳子的拉力与总重力的关系式;对左半边绳子研究,得到端点和中点绳子的拉力的关系式;再采用比例法求解.

解答 解:A、设绳子端点处和中点处绳子张力分别为F1、F2.
对整体研究,根据平衡条件得
F1cosα=$\frac{1}{2}(M+m)g$ ①
对左半边绳子研究得
F1cosα=F2cosβ+$\frac{1}{2}Mg$ ②
F1sinα=F2sinβ ③
由①②得到 F2cosβ=$\frac{1}{2}mg$ ④
则由③:①得 tanα=$\frac{{2{F_2}sinβ}}{(M+m)g}$⑤
由③:④得 tanβ=$\frac{{2{F_1}sinα}}{mg}$⑥
所以由③⑤⑥联立得 $\frac{tanα}{tanβ}$=$\frac{m}{M+m}$,故A正确;
B、由于$\frac{tanα}{tanβ}$=$\frac{m}{M+m}$<1,故α<β,故B错误;
C、由于α≠β,根据③式,F1≠F2,故C错误;
D、设想没有物体m,加上m后,根据功能关系,WG+WF=0,由于拉力做正功,故重力做负功,说明重心上升,故若去掉重物,均质绳的重心位置下降,故D错误;
故选:A

点评 本题是力平衡问题,难点存在如何选择研究对象和如何运用数学知识变形求解,还要结合功能关系列式分析.

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