题目内容

19.两个质量分别为2m和m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO′的距离为L,b与转轴的距离为2L,a、b之间用长为L的强度足够大的轻绳相连,木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,开始时轻绳刚好伸直但无张力,用ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是(  )
A.a比b先达到最大静摩擦力
B.a、b所受的摩擦力始终相等
C.ω=$\sqrt{\frac{kg}{2L}}$是b开始滑动的临界角速度
D.当ω=$\sqrt{\frac{2kg}{3L}}$时,a所受摩擦力的大小为$\frac{5kmg}{3}$

分析 木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,而所需要的向心力大小由物体的质量、半径和角速度决定.当圆盘转速增大时,提供的静摩擦力随之而增大.当需要的向心力大于最大静摩擦力时,物体开始滑动.因此是否滑动与质量无关,是由半径大小决定.

解答 解:A、木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:木块所受的静摩擦力f=mω2r,m、ω相等,f∝r,所以当圆盘的角速度增大时b的静摩擦力先达到最大值,故A错误;
B、在B的摩擦力没有达到最大前,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:木块所受的静摩擦力f=mω2r,a和b的质量分别是2m和m,而a与转轴OO′的距离为L,b与转轴的距离为2L,所以开始时a和b受到的摩擦力是相等的.
当b受到的静摩擦力达到最大后,b受到的摩擦力与绳子的拉力的和提供向心力,即:kmg+F=mω2•2L…①
而a的受力:f′-F=2mω2L…②
联立得:f′=4mω2L-kmg…③
可知二者受到的摩擦力不一定相等.故B错误;
C、当b刚要滑动时,有2kmg+kmg=2mω2L+mω2•2L,解得:ω=$\sqrt{\frac{3kg}{4L}}$,故C错误;
D、当ω=$\sqrt{\frac{2kg}{3L}}$时,a所受摩擦力的大小为:$f′=4m{ω}^{2}L-kmg=4m•\frac{2kg}{3L}•L-kmg$=$\frac{5kmg}{3}$.故D正确.
故选:D

点评 本题的关键是正确分析木块的受力,明确木块做圆周运动时,静摩擦力提供向心力,把握住临界条件:静摩擦力达到最大,由牛顿第二定律分析解答.

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