Question

8．如圖所示，水平轉(zhuǎn)臺上有一個質(zhì)量為m的物塊，用長為l的輕質(zhì)細(xì)繩將物塊連接在轉(zhuǎn)軸上，細(xì)繩與豎直轉(zhuǎn)軸的夾角θ為$\frac{π}{6}$，此時繩繃直但無張力，物塊與轉(zhuǎn)臺間動摩擦因數(shù)為μ=$\frac{1}{3}$，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，物塊隨轉(zhuǎn)臺由靜止開始緩慢加速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，加速度為g，則（　　）

• A． 當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{3g}{4l}}$時，細(xì)線中張力為零
• B． 當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{3g}{4l}}$時，物塊與轉(zhuǎn)臺間的摩擦力為零
• C． 當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{g}{l}}$時，細(xì)線的張力為$\frac{mg}{3}$
• D． 當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{4g}{3l}}$時，細(xì)繩的拉力大小為$\frac{4mg}{3}$

Answer 1

分析 對物體受力分析知物塊離開圓盤前合力F=f+Tsinθ=mrω²，N+Tcosθ=mg，根據(jù)題目提供的條件，結(jié)合臨界條件分析即可．

解答 解：A、當(dāng)轉(zhuǎn)臺的角速度比較小時，物塊只受重力、支持力和摩擦力，當(dāng)細(xì)繩恰好要產(chǎn)生拉力時μmg=$m{{ω}_{1}}^{2}（lsin\frac{π}{6}）$，解得：ω₁=$\sqrt{\frac{2g}{3l}}$，由于$\sqrt{\frac{3g}{4l}}＞\sqrt{\frac{2g}{3l}}$，所以當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{3g}{4l}}$時，細(xì)線中張力為不為零．故A錯誤；
B、隨速度的增大，細(xì)繩上的拉力增大，當(dāng)物塊恰好要離開轉(zhuǎn)臺時，物塊受到重力和細(xì)繩的拉力的作用，則：mgtan$\frac{π}{6}$=$m{{ω}_{2}}^{2}（lsin\frac{π}{6}）$，解得：ω₂=$\sqrt{\frac{2\sqrt{3}g}{3l}}$，由于ω₁＜$\sqrt{\frac{3g}{4l}}$＜ω₂，所以當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{3g}{4l}}$時，物塊與轉(zhuǎn)臺間的摩擦力不為零．故B錯誤；
C、由于ω₁＜$\sqrt{\frac{g}{l}}$＜ω₂，由牛頓第二定律：f+Fsin$\frac{π}{6}$=m（$\sqrt{\frac{g}{l}}$）²•lsin$\frac{π}{6}$，因為壓力小于mg，所以f＜$\frac{1}{3}$mg，解得：F＞$\frac{1}{3}$mg，故C錯誤；
D、當(dāng)ω=$\sqrt{\frac{4g}{3l}}$＞ω₂時，小球已經(jīng)離開轉(zhuǎn)臺，細(xì)繩的拉力與重力的合力提供向心力，則：mgtan α=m（$\sqrt{\frac{4g}{3l}}$）²（lsin α），解得：cos α=$\frac{3}{4}$，故F=$\frac{mg}{cosα}$=$\frac{4}{3}$mg．故D正確．
故選：D．

點評 此題考查牛頓運動定律的應(yīng)用，注意臨界條件的分析，至繩中出現(xiàn)拉力時，摩擦力為最大靜摩擦力；轉(zhuǎn)臺對物塊支持力為零時，N=0，f=0．題目較難，計算也比較麻煩．