如圖甲所示,水平圓盤上質(zhì)量mA=4m與mB=m的A、B兩個物塊,用一根不可伸長的輕繩連在一起,輕繩經(jīng)過圓盤圓心。AB一起隨圓盤繞豎直中心軸OO′轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動角速度ω從零開始緩慢增大,直到有物塊相對圓盤運動為止。A、B兩物塊轉(zhuǎn)動半徑rA=r,rB=2r。兩物塊與圓盤間的動摩擦因數(shù)均為μ,取最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g。
(1)若先將輕繩去掉,將A、B兩物塊先后單獨放到圖甲所示位置,分別求出A、B相對圓盤靜止時圓盤轉(zhuǎn)動的最大角速度?若將A、B兩物塊同時放到圖甲所示位置(無輕繩),逐漸增大圓盤轉(zhuǎn)動角速度,哪個物塊先滑動?
(2)在A、B兩物塊間加上輕繩,如圖甲所示,隨著圓盤轉(zhuǎn)動角速度逐漸增大,繩上的力從無到有,使得物塊相對圓盤保持靜止的時間延長。求當角速度ω1為多大時,A受到的靜摩擦力達到最大值?
(3)求當角速度繼續(xù)增大至ω2=2μgr時,B受到的靜摩擦力的大小?
(4)當角速度繼續(xù)增大至ω3時,AB物塊組成的系統(tǒng)相對圓盤開始滑動,求ω3的大小?并將物塊B受到的摩擦力fB與ω2的分段函數(shù)關(guān)系圖像畫在圖乙中(取指向轉(zhuǎn)軸的方向為摩擦力的正方向,圖像中要有重要點的橫縱坐標值)。
ω
2
=
2
μg
r
【答案】(1)若先將輕繩去掉,將A、B兩物塊先后單獨放到圖甲所示位置,則A、B相對圓盤靜止時圓盤轉(zhuǎn)動的最大角速度分別為、,當兩物塊同時隨圓盤轉(zhuǎn)動時物塊B最先滑動;
(2)當角速度ω1為時,A受到的靜摩擦力達到最大值;
(3)當角速度繼續(xù)增大至時,B受到的靜摩擦力的大小為零;
(4)當角速度繼續(xù)增大至ω3時,AB物塊組成的系統(tǒng)相對圓盤開始滑動,則ω3的大小為,物塊B受到的摩擦力fB與ω2的分段函數(shù)關(guān)系圖像見解析。
μg
r
μg
2
r
(2)當角速度ω1為
3
μg
2
r
(3)當角速度繼續(xù)增大至
2
μg
r
(4)當角速度繼續(xù)增大至ω3時,AB物塊組成的系統(tǒng)相對圓盤開始滑動,則ω3的大小為
5
μg
2
r
【解答】
【點評】
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