Question

12．如圖所示，小球被輕質(zhì)細(xì)繩系住斜吊著放在靜止的光滑斜面上，設(shè)小球質(zhì)量為m，斜面傾角α=30°，懸線與豎直方向夾角θ=30°，斜面體的質(zhì)量M=3m，置于粗糙水平地面上．（g=10m/s²）求：
（1）當(dāng)斜面體靜止時(shí)，求細(xì)繩對(duì)小球拉力的大�。�
（2）求斜面體靜止時(shí)，地面對(duì)斜面體的摩擦力的大小和方向．
（3）若地面對(duì)斜面體的最大靜摩擦力等于地面對(duì)斜面體支持力的k倍，為了使整個(gè)系統(tǒng)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，k值必須滿足什么條件？

Answer 1

分析 （1）對(duì)小球受力分析，正交分解，根據(jù)平衡條件列方程求解繩子拉力；
（2、3）以小球與劈整體為研究對(duì)象，由力的平衡條件列方程，求出地面對(duì)斜面體的摩擦力的大小和方向，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)求解k的最小值．

解答 解：（1）選小球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力分析并合成如圖：

由平衡條件：F′=mg
由平面幾何知識(shí)可得：N與F′夾角為30°，T與F′夾角也為30°
故畫出的平行四邊形為菱形，連接對(duì)角線便可找出直角三角形：
由：cos30°=$\frac{\frac{G}{2}}{T}$
得：T=$\frac{\sqrt{3}}{3}mg$
（2）、（3）選小球和斜面組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，受力分析如圖，

由平衡條件得：
N+Tcos30°=（M+
解得：N=（M+m）g-$\frac{mg}{2}$=Mg+$\frac{mg}{2}$=3.5mg
水平方向上：f=Tsin30°=$\frac{\sqrt{3}}{6}mg$，方向水平向左．
為了使整個(gè)系統(tǒng)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則最大靜摩擦力f_max≥f
所以kN≥f
解得：k≥$\frac{\sqrt{3}}{21}$
答：（1）當(dāng)斜面體靜止時(shí)，細(xì)繩對(duì)小球拉力的大小為$\frac{\sqrt{3}}{3}mg$；
（2）地面對(duì)斜面體的摩擦力的大小為$\frac{\sqrt{3}}{6}mg$，方向水平向左；
（3）為了使整個(gè)系統(tǒng)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，k值必須滿足k≥$\frac{\sqrt{3}}{21}$．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)小球和斜面進(jìn)行受力分析，運(yùn)用力的合成或分解結(jié)合共點(diǎn)力平衡條件解決問題．選擇好合適的研究對(duì)象有事半功倍的效果．