题目
如图所示,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO′的距离为l,b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是()0-|||-a b-|||-square square -|||-0`A.b一定比a先开始滑动B.a、b所受的摩擦力始终相等C.ω=√kg2l是b开始滑动的临界角速度D.当ω=√2kg3l时,a所受摩擦力的大小为kmg
如图所示,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO′的距离为l,b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是()

A.b一定比a先开始滑动
B.a、b所受的摩擦力始终相等
C.ω=√kg2l是b开始滑动的临界角速度
D.当ω=√2kg3l时,a所受摩擦力的大小为kmg
题目解答
答案
AC。
解:A、两个木块的最大静摩擦力相等。木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:木块所受的静摩擦力f=mω2r,m、ω相等,f∝r,所以b所受的静摩擦力大于a的静摩擦力,当圆盘的角速度增大时b的静摩擦力先达到最大值,所以b一定比a先开始滑动,故A正确,B错误;
BC、当b刚要滑动时,有kmg=mω2•2l,解得:ω=√kg2l,故C正确;
D、以a为研究对象,当ω=√2kg3l时,根据向心力表达式可知:
f=mω2l,可解得:f=2kmg3,所以D错误。
故选AC。
解析
考查要点:本题主要考查圆周运动中的静摩擦力与向心力关系,以及临界角速度的计算。关键在于理解木块随圆盘转动时,静摩擦力提供向心力,并分析何时静摩擦力达到最大值导致滑动。
解题核心思路:
- 静摩擦力与向心力关系:木块所受静摩擦力$f = m\omega^2 r$,其中$r$是木块到转轴的距离。
- 临界条件:当静摩擦力达到最大静摩擦力$kmg$时,木块开始滑动,此时对应的角速度为临界角速度。
- 比较两木块的临界角速度:由于$b$的$r$更大,其临界角速度更小,因此$b$会先滑动。
选项A分析
- 静摩擦力与$r$成正比:$f = m\omega^2 r$,当$\omega$相同时,$b$的$r=2l$是$a$的两倍,故$b$的静摩擦力始终是$a$的两倍。
- 临界角速度比较:
- 对$a$,临界角速度$\omega_a = \sqrt{\frac{kmg}{m l}} = \sqrt{\frac{kg}{l}}$
- 对$b$,临界角速度$\omega_b = \sqrt{\frac{kmg}{m \cdot 2l}} = \sqrt{\frac{kg}{2l}}$
- $\omega_b < \omega_a$,因此$b$先滑动,A正确。
选项B分析
- 由$f = m\omega^2 r$可知,$a$和$b$的$r$不同,静摩擦力始终不等,B错误。
选项C分析
- 当$b$刚要滑动时,静摩擦力达到最大值$kmg$,由$kmg = m\omega^2 \cdot 2l$,解得$\omega = \sqrt{\frac{kg}{2l}}$,C正确。
选项D分析
- 当$\omega = \sqrt{\frac{2kg}{3l}}$时,$a$的摩擦力为:
$f = m\omega^2 l = m \cdot \frac{2kg}{3l} \cdot l = \frac{2kmg}{3}$
与选项中$kmg$不符,D错误。