题目
A D-|||-3 C如图所示,在倾角θ=30°的粗糙斜面ABCD上,一质量为m的物体受到与对角线BD平行的恒力F作用,恰好能沿斜面的另一对角线AC做匀速直线运动。已知斜面ABCD为正方形,重力加速度大小为g,则( )A. 物体与斜面间的动摩擦因数为(sqrt(6))/(6)B. 物体与斜面间的动摩擦因数为(sqrt(3))/(3)C. 恒力F大小为(1)/(2)mgD. 恒力F大小为(sqrt(2))/(4)mg
如图所示,在倾角θ=30°的粗糙斜面ABCD上,一质量为m的物体受到与对角线BD平行的恒力F作用,恰好能沿斜面的另一对角线AC做匀速直线运动。已知斜面ABCD为正方形,重力加速度大小为g,则( )- A. 物体与斜面间的动摩擦因数为$\frac{\sqrt{6}}{6}$
- B. 物体与斜面间的动摩擦因数为$\frac{\sqrt{3}}{3}$
- C. 恒力F大小为$\frac{1}{2}mg$
- D. 恒力F大小为$\frac{\sqrt{2}}{4}mg$
题目解答
答案
AD
A. 物体与斜面间的动摩擦因数为$\frac{\sqrt{6}}{6}$
D. 恒力F大小为$\frac{\sqrt{2}}{4}mg$
A. 物体与斜面间的动摩擦因数为$\frac{\sqrt{6}}{6}$
D. 恒力F大小为$\frac{\sqrt{2}}{4}mg$
解析
本题考查斜面上的物体受力平衡问题,核心在于正确分解各力并建立平衡方程。关键点如下:
- 受力分析:物体受重力、支持力、恒力$F$、摩擦力,匀速运动说明受力平衡。
- 摩擦力方向:与运动方向(沿$AC$)相反,即沿$CA$方向。
- 力的分解:恒力$F$与对角线$BD$平行,需分解到沿斜面方向和垂直斜面方向,结合几何关系简化计算。
- 动摩擦因数公式:$f=μN$,其中$N$为支持力,需通过重力分力确定。
受力分析与分解
- 受力平衡条件:沿任意方向合力为零。
- 恒力$F$分解:
- 沿$AD$方向:$F \sin45^\circ$
- 沿$AB$方向:$F \cos45^\circ$
- 摩擦力$f$分解:
- 沿$AD$方向:$f \sin45^\circ$
- 沿$AB$方向:$f \cos45^\circ$
- 重力分解:
- 沿$AD$方向:$mg \sin30^\circ$
- 沿$AB$方向:$mg \cos30^\circ$
平衡方程
- 沿$AD$方向:
$F \sin45^\circ = f \sin45^\circ \implies F = f$ - 沿$AB$方向:
$F \cos45^\circ + f \cos45^\circ = mg \sin30^\circ$
代入$F = f$得:
$2F \cos45^\circ = \frac{1}{2}mg \implies F = \frac{\sqrt{2}}{4}mg$ - 动摩擦因数:
支持力$N = mg \cos30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2}mg$,摩擦力$f = F = \frac{\sqrt{2}}{4}mg$,故:
$μ = \frac{f}{N} = \frac{\sqrt{2}/4}{\sqrt{3}/2} = \frac{\sqrt{6}}{6}$