题目内容

在固定于地面的斜面上垂直斜面安放一块挡板,截面为1/4圆的柱状物体甲放在斜面上,半径与甲半径相等的光滑球体乙被夹在甲与挡板之间,球体乙没有与斜面接触而处于静止状态,如图所示.在球心O1处对甲实施一个平行于斜面下的力F,使甲沿斜面方向缓慢地移动,直至甲与挡板接触为止,设乙对挡板的压力为F1,甲对斜面的压力为F2,则在此过程中( )
A.F1缓慢增大,F2缓慢增大
B.F1缓慢增大,F2缓慢减小
C.F1缓慢减小,F2缓慢减小
D.F1缓慢减小,F2始终不变
【答案】分析:对甲与乙整体受力分析,受重力、斜面的支持力、挡板的支持力和已知力F,然后根据平衡条件求解出两个支持力表达式;然后再对物体甲受力分析,根据平衡条件求出推力F的变化情况;最后分析得到挡板弹力和斜面体弹力的变化情况.
解答:解:先对物体乙受力分析,受重力、挡板的支持力和甲物体的支持力,如图

根据平衡条件,结合几何关系可以看出挡板的支持力不断减小,根据牛顿第三定律,球甲对挡板的压力不断减小,故A错误,B错误;
再对甲与乙整体受力分析,受重力、斜面的支持力、挡板的支持力和已知力F,如图

根据平衡条件,有
x方向:F+(M+m)gsinθ-F1=0
y方向:F2-(M+m)gcosθ=0
解得
F2=(M+m)gsinθ
结合牛顿第三定律,物体乙对斜面的压力不变,故C错误,D正确;
故选D.
点评:本题关键是对物体甲受力分析,根据平衡条件结合图示法得到挡板支持力的变化情况;再对甲与乙整体受力分析,得到斜面支持力的变化情况.
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