如图所示,质量m=10Kg的小球挂在倾角θ=37°,质量M=40Kg的光滑倾斜面的固定铁杆上,当斜面和小球都以a1=0.5g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多少?当斜面和小球都以a2=3g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力又是分别是多少?(g=10m/s2)

问题描述:

如图所示,质量m=10Kg的小球挂在倾角θ=37°,质量M=40Kg的光滑倾斜面的固定铁杆上,当斜面和小球都以a1=0.5g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多少?当斜面和小球都以a2=

3
g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力又是分别是多少?(g=10m/s2

①当加速度a较小时,小球与斜面一起运动,此时小球受重力、绳子拉力和斜面的支持力,绳子平行于斜面;当加速度a足够大时,小球将飞离斜面,此时小球仅受重力与绳子的拉力作用,绳子与水平方向的夹角未知,而题目要求出当斜面以15m/s2的加速度向右做加速运动时,绳的拉力及斜面对小球的弹力,必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0,(此时小球所受斜面的支持力恰好为零)小球的受力如图:
                                   
由牛顿第二定律得:
临界加速度a0=gcotθ=

4
3
g
②当a1=0.5g<a0,物体随斜面一起运动,
FTco3θ-FNsinθ=ma
得:FN=50N
FTsinθ+FNco7θ=mg
得:FT=100N
③当a2
3
g>a0

FN=0    
FTcosα=ma
FTsinα=mg
得:FT=200N
答:当斜面和小球都以a1=0.5g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为100N和50N;
当斜面和小球都以a2=
3
g的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力分别是200N和0N
答案解析:首先判断小球是否飞离了斜面,根据小球刚刚飞离斜面的临界条件,即绳子的倾角不变,斜面的支持力刚好为零,解出此时的加速度与题目给出的加速度大小进行比较,若给出加速度大于小球的临界加速度说明小球已经飞离了斜面,否则小球还在斜面上.
考试点:牛顿第二定律;力的合成与分解的运用.
知识点:此题最难解决的问题是小球是否飞离了斜面,我们可以用假设法判断出临界加速度来进行比较.