题目
A B如图所示,两个用相同材料制成的靠摩擦传动的轮A和B水平放置,两轮半径RA=2RB.当主动轮A匀速转动时,在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A轮边缘上.若将小木块放在B轮上,欲使木块相对B轮也静止,则木块距B轮转轴的最大距离为( ) A. ((R)_(B))/(2) B. ((R)_(B))/(4) C. ((R)_(B))/(3) D. RB
如图所示,两个用相同材料制成的靠摩擦传动的轮A和B水平放置,两轮半径RA=2RB.当主动轮A匀速转动时,在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A轮边缘上.若将小木块放在B轮上,欲使木块相对B轮也静止,则木块距B轮转轴的最大距离为( )- A. $\frac{{R}_{B}}{2}$
- B. $\frac{{R}_{B}}{4}$
- C. $\frac{{R}_{B}}{3}$
- D. RB
题目解答
答案
A. $\frac{{R}_{B}}{2}$
解析
考查要点:本题主要考查摩擦传动中线速度相等的关系,以及圆周运动中向心力与静摩擦力的关系。
解题核心思路:
- 线速度相等:摩擦传动的两轮边缘线速度相同,由此建立角速度与半径的关系。
- 静摩擦力提供向心力:木块随轮转动时,最大静摩擦力等于所需向心力,由此列方程求解。
破题关键点:
- 通过线速度相等推导角速度关系:$\omega_A R_A = \omega_B R_B$。
- 利用最大静摩擦力与向心力相等的条件,分别对A轮和B轮列方程,联立求解。
角速度关系
由摩擦传动的线速度相等条件:
$\omega_A R_A = \omega_B R_B$
已知$R_A = 2R_B$,代入得:
$\frac{\omega_A}{\omega_B} = \frac{R_B}{R_A} = \frac{1}{2}$
A轮上的平衡条件
木块在A轮边缘静止时,最大静摩擦力提供向心力:
$f_{\text{max}} = m \omega_A^2 R_A$
其中$f_{\text{max}} = \mu mg$。
B轮上的平衡条件
设木块在B轮上距转轴的最大距离为$r$,此时:
$f_{\text{max}} = m \omega_B^2 r$
联立方程求解
将$\omega_B = 2\omega_A$代入B轮方程:
$\mu mg = m (2\omega_A)^2 r$
结合A轮方程$\mu mg = m \omega_A^2 R_A$,联立得:
$\omega_A^2 R_A = 4\omega_A^2 r \implies r = \frac{R_A}{4}$
代入$R_A = 2R_B$,得:
$r = \frac{2R_B}{4} = \frac{R_B}{2}$