12.如图26所示,倾角为α的光滑斜面体上有一个小球m被平行于斜面的细绳系于斜面上,斜面体放在水平面上.

(1)要使小球对斜面无压力,求斜面体运动的加速度范围,并说明其方向.

(2)要使小球对细绳无拉力,求斜面体运动的加速度范围,并说明其方向.

(3)若已知α=60°,m=2 kg,当斜面体以a=10 m/s2向右做匀加速运动时,绳对小球拉力多大?(g取10 m/s2)

解析:

图27

为确定小球对斜面无压力或对细绳无拉力时斜面体的加速度,应先考虑小球对斜面或细绳的弹力刚好为零时的受力情况,再求出相应加速度.取小球、细绳和斜面体这个整体为研究对象,分析整体的受力情况,再确定斜面体的加速度范围.

(1)球对斜面刚好无压力时,细绳与斜面平行,小球只受重力mg和细绳拉力T的作用,如图27所示.正交分解T,由牛顿第二定律得

解出a0g·cotα

所以在斜面向右运动的加速度aa0g·cotα时,小球对斜面无压力.

图28

(2)当球对细绳刚好无拉力时,小球只受重力mg和斜面支持力N,如图28所示.正交分解N后,可知N的竖直分力与重力平衡,N的水平分力使m向左加速运动.

解出a0g·tanα

所以在球对细绳无拉力作用时,若要使球与斜面体以相同的加速度运动,则斜面体必须以aa0g·tanα向左加速运动;如果斜面体向左运动的加速度a>a0,则小球会相对斜面向右上方滑动,但要注意,若球能滑到细绳悬点上方,细绳会对球再次产生拉力作用.

图29

(3)由(1)可知,球对斜面恰好无压力时,a0g·cot60°=×10 m/s2,而题设条件a=10 m/s2>a0,因此,这时小球对斜面无压力,且球飞离斜面,如图29所示.将细绳拉力T正交分解得

解出小球所受细绳拉力Tmg=20 N,拉力方向与水平方向夹角θ=45°.

答案:(1)agcotα 方向向右 (2)agtanα 方向向左 (3)20 N,与水平方向成45°角

 0  367626  367634  367640  367644  367650  367652  367656  367662  367664  367670  367676  367680  367682  367686  367692  367694  367700  367704  367706  367710  367712  367716  367718  367720  367721  367722  367724  367725  367726  367728  367730  367734  367736  367740  367742  367746  367752  367754  367760  367764  367766  367770  367776  367782  367784  367790  367794  367796  367802  367806  367812  367820  447090 

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