题目内容

【题目】某研究性学习小组利用力传感器研究小球与竖直挡板间的作用力,实验装置如图所示,已知斜面倾角为α=45°,光滑小球的质量m=3 kg,力传感器固定在竖直挡板上.求:

(1)当整个装置静止时,力传感器的示数;

(2)当整个装置水平向右做匀加速直线运动时,力传感器示数为36 N,此时装置的加速度大小;

(3)某次整个装置在水平方向做匀加速直线运动时,力传感器示数恰好为0,此时整个装置的运动方向,加速度的大小.

【答案】(1)30 N (2)2 m/s2  (3)向左运动 10 m/s2

【解析】

(1)以小球为研究对象,设小球与力传感器间的作用力大小为F,小球与斜面间的作用力大小为FN,如图所示,

由几何关系可知

F=mgtanα=3×10×1N=30N

(2)对小球进行受力分析可得:竖直方向

FNcos45°=mg,

水平方向

F-FNsin45°=ma,

解得:a=2m/s2.

(3)要使力传感器示数为0,则有:

FN′cos45°=mg

FN′sin45°=ma′

解得:a′=10m/s2,加速度方向向左

故装置应向左运动.

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