题目
一只质量为 m 的猴,原来抓住一根用绳吊在天花板上的质量为 M 的直杆,悬线突然断开,小猴则沿杆子竖直向上爬以保持它离地面的高度不变,此时直杆下落的加速度为:A. g。B. (m)/(M) g。C. (M+m)/(M-m) g。D. (M+m)/(M) g。
一只质量为 $m$ 的猴,原来抓住一根用绳吊在天花板上的质量为 $M$ 的直杆,悬线突然断开,小猴则沿杆子竖直向上爬以保持它离地面的高度不变,此时直杆下落的加速度为:
A. $g$。
B. $\frac{m}{M} g$。
C. $\frac{M+m}{M-m} g$。
D. $\frac{M+m}{M} g$。
题目解答
答案
D. $\frac{M+m}{M} g$。
解析
本题考查牛顿第二定律的应用,解题的关键在于分别对猴子和直杆进行受力分析,再根据猴子离地面高度不变这一条件求出直杆下落的加速度。
- 对猴子进行受力分析:
- 猴子离地面的高度不变,说明猴子处于平衡状态,其加速度$a_{猴}=0$。
- 猴子受到竖直向下的重力$G_{猴}=mg$和直杆对它竖直向上的摩擦力$f$。
- 根据牛顿第二定律$F_{合}=ma$,因为$a_{猴}=0$,所以$F_{合猴}=f - mg = 0$,可得$f = mg$。
- 对直杆进行受力分析:
- 直杆受到竖直向下的重力$G_{杆}=Mg$和猴子对它竖直向下的摩擦力$f'$。
- 根据牛顿第三定律,作用力与反作用力大小相等、方向相反,所以$f' = f = mg$。
- 那么直杆所受的合外力$F_{合杆}=Mg + f'=Mg + mg=(M + m)g$。
- 根据牛顿第二定律求直杆的加速度:
- 设直杆下落的加速度为$a_{杆}$,对直杆应用牛顿第二定律$F_{合杆}=Ma_{杆}$。
- 即$(M + m)g = Ma_{杆}$,解得$a_{杆}=\frac{M + m}{M}g$。