题目
如图所示,A、B为两个相同的定滑轮,A滑轮挂一质量为m的物体,B滑轮受力F=mg,设A、B两滑轮的角加速度分别为a_(A) 和a_B,不计滑轮的摩擦,这两个滑轮的角加速度的大小关系为: 么-|||-A-|||-m F = mgA. (a)_(A) =(a)_(B) B. (a)_(A) >(a)_(B) C. (a)_(A) <(a)_(B) D. 无法判断
如图所示,A、B为两个相同的定滑轮,A滑轮挂一质量为m的物体,B滑轮受力$$F=mg$$,设A、B两滑轮的角加速度分别为$$a_{A} $$和$$a_B$$,不计滑轮的摩擦,这两个滑轮的角加速度的大小关系为:

A. $${a}_{A} ={a}_{B} $$
B. $${a}_{A} >{a}_{B} $$
C. $${a}_{A} <{a}_{B} $$
D. 无法判断
题目解答
答案
C. $${a}_{A} <{a}_{B} $$
解析
本题考查定滑轮的转动定律及角加速度的比较。关键在于分析两种情况下滑轮所受的力矩,并结合转动惯量进行比较。
核心思路:
- 转动定律:力矩 $\tau = I \alpha$,其中 $I$ 为转动惯量,$\alpha$ 为角加速度。
- 力矩来源:
- A滑轮:由悬挂物体产生的拉力 $T$,需通过物体运动方程 $mg - T = ma$ 联立求解。
- B滑轮:直接施加力 $F = mg$,力矩可直接计算。
- 转动惯量:两滑轮相同,故 $I = MR^2$($M$ 为滑轮质量,$R$ 为半径)。
破题关键:比较两种情况下角加速度 $\alpha_A$ 和 $\alpha_B$ 的表达式,注意滑轮质量 $M$ 对结果的影响。
A滑轮的角加速度 $\alpha_A$
- 物体运动方程:
悬挂物体受重力 $mg$ 和拉力 $T$,由牛顿第二定律:
$mg - T = ma \quad \text{($a$ 为物体线加速度)}$ - 滑轮转动方程:
拉力 $T$ 产生的力矩 $\tau = TR$,由转动定律:
$TR = I \alpha_A = MR^2 \cdot \alpha_A$
结合 $\alpha_A = a/R$,得:
$T = MR \cdot \frac{a}{R} = Ma$ - 联立求解:
将 $T = Ma$ 代入物体方程:
$mg - Ma = ma \implies a = \frac{mg}{M + m}$
因此:
$\alpha_A = \frac{a}{R} = \frac{mg}{R(M + m)}$
B滑轮的角加速度 $\alpha_B$
- 直接计算力矩:
外力 $F = mg$ 作用于滑轮边缘,力矩 $\tau = FR = mgR$。 - 转动定律:
$mgR = I \alpha_B = MR^2 \cdot \alpha_B \implies \alpha_B = \frac{mg}{MR}$
比较 $\alpha_A$ 与 $\alpha_B$
- $\alpha_A = \frac{mg}{R(M + m)}$,$\alpha_B = \frac{mg}{MR}$
- 因 $M + m > M$,故 $\alpha_A < \alpha_B$。