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如图一所示,ABCD是一个T型支架,已知整个支架的质量为m1=5kg,质心在BD上、离B点0.2m的O点处,BD=0.6m,D点通过铰链连接在水平地面上,ABC

题文

如图一所示,ABCD是一个T型支架,已知整个支架的质量为m1=5kg,质心在BD上、离B点0.2m的O点处,BD=0.6m,D点通过铰链连接在水平地面上,ABC部分成为一斜面,与水平地面间的夹角为37°,且AB=BC.现有一质量为m2=10kg的钢块以v=4m/s的初速度滑上ABC斜面,钢块与斜面间的动摩擦因数μ=0.25.问:T型支架会不会绕D点转动?

魔方格

某同学的解题思路如下:
可以先算出钢块静止在ABC上恰好使支架转动的位置,如图二所示.根据支架受力情况写出此时力矩平衡的式子:MN=Mf+MG,可根据该式子求出该位置到C点的距离S1
( MN、Mf、MG分别是钢块对斜面的压力的力矩、摩擦力的力矩以及T型支架自身重力的力矩,其中N=m2gcos37°,f=m2gsin37°.)
然后算出钢块以4m/s的速度在斜面上最多能滑行的距离S2
比较这两个距离:若S1≥S2,则T型支架不会绕D点转动;若S1<S2,则会转动.
请判断该同学的解题思路是否正确,若正确,请按照该思路,写出详细的解题过程,求出结果;若不正确,请给出你认为的正确解法.

题型:未知 难度:其他题型

答案

该同学的思路中有一些错误.                         
钢块在斜面上运动时,对斜面产生的摩擦力是滑动摩擦力,方向沿斜面向上,恰好转动时的力矩平衡的表达式应该是:
   MN+Mf=MG
m2gcos37°×(S1-0.8)+μm2gcos37°×0.6=m1g×0.4sin37°            
可解出S1=0.8m,
另外,钢块沿斜面向上滑动的加速度为a=mgsin37°+μmgcos37°m=gsin37°+μgcos37°=8m/s2
若斜面固定钢块最多能滑行的距离S2=v22a=1.0m,则 S1<S2,所以T型支架会绕D点转动.           
答:该同学的思路中有一些错误.T型支架会绕D点转动.

解析

mgsin37°+μmgcos37°m

考点

据考高分专家说,试题“如图一所示,ABCD是一个T型支架,已知.....”主要考查你对 [滑动摩擦力、动摩擦因数 ]考点的理解。

滑动摩擦力、动摩擦因数

滑动摩擦力的概念:
当一个物体在另一个物体的表面上相对运动时,受到的阻碍相对运动的力,叫滑动摩擦力。

滑动摩擦力产生条件:
①接触面粗糙;
②相互接触的物体间有弹力;
③接触面间有相对运动。
说明:三个条件缺一不可,特别要注意“相对”的理解。

滑动摩擦力的方向:

总跟接触面相切,并与相对运动方向相反。 “与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”。滑动摩擦力方向可能与运动方向相同,可能与运动方向相反,可能与运动方向成一夹角。
滑动摩擦力的大小:

滑动摩擦力跟压力成正比,也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。公式:F=μFN (F表示滑动摩擦力大小,FN表示正压力的大小,μ叫动摩擦因数)。
①FN表示两物体表面间的压力,性质上属于弹力,不是重力,更多的情况需结合运动情况与平衡条件加以确定;
②μ与接触面的材料、接触面的情况有关,无单位,而且永远小于1;
③滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关。 
滑动摩擦力的作用效果:

总是阻碍物体间的相对运动,但并不总是阻碍物体的运动,可能是动力,也可能是阻力。

静摩擦力和滑动摩擦力:


如图一所示,ABCD是一个T型支架,已知整个支架的质量为m1=5kg,质心在BD上、离B点0.2m的O点处,BD=0.6m,D点通过铰链连接在水平地面上,ABC


如图一所示,ABCD是一个T型支架,已知整个支架的质量为m1=5kg,质心在BD上、离B点0.2m的O点处,BD=0.6m,D点通过铰链连接在水平地面上,ABC

摩擦力大小的计算方法:

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