题目
a b-|||-0如图所示,小木块a、b和c (可视为质点)放在水平圆盘上,a、b质量均为m,c的质量为(m)/(2).a与转轴OO′的距离为l,b、c与转轴OO′的距离为2l且均处于水平圆盘的边缘.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,下列说法正确的是( ) A. 当a、b和c均未滑落时,a、c所受摩擦力的大小相等 B. b、c所受的摩擦力始终相等,故同时从水平圆盘上滑落 C. b开始滑动时圆盘的转速是sqrt(2kgl) D. 当圆盘角速度ω=sqrt((2kg)/(3l))时,a所受摩擦力大小为kmg
如图所示,小木块a、b和c (可视为质点)放在水平圆盘上,a、b质量均为m,c的质量为$\frac{m}{2}$.a与转轴OO′的距离为l,b、c与转轴OO′的距离为2l且均处于水平圆盘的边缘.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,下列说法正确的是( )- A. 当a、b和c均未滑落时,a、c所受摩擦力的大小相等
- B. b、c所受的摩擦力始终相等,故同时从水平圆盘上滑落
- C. b开始滑动时圆盘的转速是$\sqrt{2kgl}$
- D. 当圆盘角速度ω=$\sqrt{\frac{2kg}{3l}}$时,a所受摩擦力大小为kmg
题目解答
答案
A. 当a、b和c均未滑落时,a、c所受摩擦力的大小相等
解析
本题考查圆周运动中的静摩擦力与临界条件,核心在于理解静摩擦力提供向心力及最大静摩擦力决定滑落条件。关键点:
- 静摩擦力公式:$f = m \omega^2 r$,其中$\omega$为角速度,$r$为轨道半径;
- 最大静摩擦力:$f_{\text{max}} = kmg$,与物体质量相关;
- 滑落条件:当所需向心力超过最大静摩擦力时,物体滑落;
- 比较不同物体的临界角速度,判断滑落顺序。
选项A分析
当$a$、$b$、$c$均未滑落时,静摩擦力由向心力公式决定:
- $a$的摩擦力:$f_a = m \omega^2 l$;
- $c$的摩擦力:$f_c = \frac{m}{2} \omega^2 (2l) = m \omega^2 l$;
因此$f_a = f_c$,选项A正确。
选项B分析
- $b$的最大静摩擦力:$f_{b,\text{max}} = kmg$;
- $c$的最大静摩擦力:$f_{c,\text{max}} = k \cdot \frac{m}{2}g = \frac{kmg}{2}$;
由于$f_{b,\text{max}} \neq f_{c,\text{max}}$,两者滑落时对应的角速度不同,选项B错误。
选项C分析
当$b$开始滑落时,静摩擦力达到最大值:
$kmg = m \omega^2 (2l) \implies \omega = \sqrt{\frac{kg}{2l}}$
转速为:
$n = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{kg}{2l}}$
选项C中$\sqrt{2kgl}$的单位不匹配,选项C错误。
选项D分析
当$\omega = \sqrt{\frac{2kg}{3l}}$时,$a$的向心力为:
$F_a = m \omega^2 l = m \cdot \frac{2kg}{3l} \cdot l = \frac{2}{3}kmg$
此时$F_a < kmg$,静摩擦力等于向心力,即$f_a = \frac{2}{3}kmg$,而非$kmg$,选项D错误。