题目
A. 90°-|||-square B如图所示,固定在水平地面上的斜面倾角为30°,物块A与斜面间的动摩擦因数为(sqrt(3))/(4),轻绳一端通过两个滑轮与物块A相连,另一端固定于天花板上,不计轻绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量。已知物块A的质量mA=1kg,连接物块A的轻绳与斜面平行,挂上物块B后,滑轮两边轻绳的夹角为90°,物块A、B都保持静止,重力加速度为g=10m/s2,假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(1)若挂上物块B后,物块A恰好不受摩擦力作用,求轻绳的拉力F拉的大小;(2)若物块B的质量mb=(sqrt(2))/(3)kg,求物块A受到的摩擦力的大小和方向;(3)为保持物块A处于静止状态,求物块B的质量范围。
如图所示,固定在水平地面上的斜面倾角为30°,物块A与斜面间的动摩擦因数为$\frac{\sqrt{3}}{4}$,轻绳一端通过两个滑轮与物块A相连,另一端固定于天花板上,不计轻绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量。已知物块A的质量mA=1kg,连接物块A的轻绳与斜面平行,挂上物块B后,滑轮两边轻绳的夹角为90°,物块A、B都保持静止,重力加速度为g=10m/s2,假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(1)若挂上物块B后,物块A恰好不受摩擦力作用,求轻绳的拉力F拉的大小;
(2)若物块B的质量mb=$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg,求物块A受到的摩擦力的大小和方向;
(3)为保持物块A处于静止状态,求物块B的质量范围。
题目解答
答案
解:(1)由滑轮相连轻绳的拉力处处相等,对物块A受力分析,A恰好不受摩擦力作用有:
沿斜面方向:F拉=mAgsin30°
解得:F拉=0.5mAg=0.5×1×10N=5N;
(2)对物块B受力分析,设轻绳对物块B的拉力为T,则由平衡条件有:$\sqrt{2}$T=mBg
已知mB=$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg
解得:T=$\frac{10}{3}$N
再对物块 A受力分析,因为T<mAgsin30°,A有下滑趋势,故受到的静摩擦力f沿斜面向上,则由平衡条件有:mAgsin30°=T+f
解得A受到的静摩擦力大小为:f=$\frac{5}{3}$N;
(3)物块A刚好要沿斜面向上滑时,物块B的质量最大M1
此时轻绳拉力为:F1=mAgsin30°+μmAgcos30°=$\frac{7}{8}$mAg
对B受力分析有:$\sqrt{2}$F1=M1g
解得物块B的最大质量为:M1=$\frac{7\sqrt{2}}{8}$mA=$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg
物块A刚好要沿斜面向下滑时,物块B的质量最小M2
F2=mAgsin30°-μmAgcos30°=$\frac{1}{8}$mAg
对B受力分析有:$\sqrt{2}$F2=M2g
解得物块B的最小质量为:M2=$\frac{\sqrt{2}}{8}$mA=$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg
所以,物块B的质量范围为:$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg≤MB≤$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg
答:(1)若挂上物块B后,物块A恰好不受摩擦力作用,轻绳的拉力F的大小为5N;
(2)若物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg,物块A受到的摩擦力的大小为$\frac{5}{3}$N,方向沿斜面向上。
(3)为保持物块A处于静止状态,物块B的质量范围为$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg≤MB≤$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg。

沿斜面方向:F拉=mAgsin30°
解得:F拉=0.5mAg=0.5×1×10N=5N;
(2)对物块B受力分析,设轻绳对物块B的拉力为T,则由平衡条件有:$\sqrt{2}$T=mBg
已知mB=$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg
解得:T=$\frac{10}{3}$N
再对物块 A受力分析,因为T<mAgsin30°,A有下滑趋势,故受到的静摩擦力f沿斜面向上,则由平衡条件有:mAgsin30°=T+f
解得A受到的静摩擦力大小为:f=$\frac{5}{3}$N;
(3)物块A刚好要沿斜面向上滑时,物块B的质量最大M1
此时轻绳拉力为:F1=mAgsin30°+μmAgcos30°=$\frac{7}{8}$mAg
对B受力分析有:$\sqrt{2}$F1=M1g
解得物块B的最大质量为:M1=$\frac{7\sqrt{2}}{8}$mA=$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg
物块A刚好要沿斜面向下滑时,物块B的质量最小M2
F2=mAgsin30°-μmAgcos30°=$\frac{1}{8}$mAg
对B受力分析有:$\sqrt{2}$F2=M2g
解得物块B的最小质量为:M2=$\frac{\sqrt{2}}{8}$mA=$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg
所以,物块B的质量范围为:$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg≤MB≤$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg
答:(1)若挂上物块B后,物块A恰好不受摩擦力作用,轻绳的拉力F的大小为5N;
(2)若物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg,物块A受到的摩擦力的大小为$\frac{5}{3}$N,方向沿斜面向上。
(3)为保持物块A处于静止状态,物块B的质量范围为$\frac{\sqrt{2}}{8}$kg≤MB≤$\frac{7\sqrt{2}}{8}$kg。
解析
步骤 1:确定物块A不受摩擦力作用时的拉力
物块A不受摩擦力作用时,沿斜面方向的力平衡,即轻绳的拉力等于物块A的重力沿斜面方向的分量。因此,轻绳的拉力F_拉等于m_Agsin30°。
步骤 2:计算物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg时,物块A受到的摩擦力
当物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg时,物块A受到的轻绳拉力T等于$\frac{10}{3}$N。由于T小于m_Agsin30°,物块A有下滑趋势,因此受到的静摩擦力f沿斜面向上,大小为m_Agsin30°-T。
步骤 3:确定物块B的质量范围
物块A刚好要沿斜面向上滑时,物块B的质量最大M_1,此时轻绳拉力为m_Agsin30°+μm_Agcos30°。物块A刚好要沿斜面向下滑时,物块B的质量最小M_2,此时轻绳拉力为m_Agsin30°-μm_Agcos30°。根据这两个条件,可以求出物块B的质量范围。
物块A不受摩擦力作用时,沿斜面方向的力平衡,即轻绳的拉力等于物块A的重力沿斜面方向的分量。因此,轻绳的拉力F_拉等于m_Agsin30°。
步骤 2:计算物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg时,物块A受到的摩擦力
当物块B的质量为$\frac{\sqrt{2}}{3}$kg时,物块A受到的轻绳拉力T等于$\frac{10}{3}$N。由于T小于m_Agsin30°,物块A有下滑趋势,因此受到的静摩擦力f沿斜面向上,大小为m_Agsin30°-T。
步骤 3:确定物块B的质量范围
物块A刚好要沿斜面向上滑时,物块B的质量最大M_1,此时轻绳拉力为m_Agsin30°+μm_Agcos30°。物块A刚好要沿斜面向下滑时,物块B的质量最小M_2,此时轻绳拉力为m_Agsin30°-μm_Agcos30°。根据这两个条件,可以求出物块B的质量范围。