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如图所示,ABCO是固定在一起的T型支架,其中水平部分AC是质量为M=2kg、长度为L=1m的匀质薄板,OB是轻质硬杆,下端通过光滑铰链连接在水平地面上,

题文

如图(a)所示,ABCO是固定在一起的T型支架,其中水平部分AC是质量为M=2kg、长度为L=1m的匀质薄板,OB是轻质硬杆,下端通过光滑铰链连接在水平地面上,可绕水平轴O在竖直面内自由转动,支架A端搁在左侧平台上.已知AB的长度l1=34L,OB的长度h=0.5m.现有一质量为m=2kg的钢块(可看成质点)以v0=3m/s的水平初速度滑上AC板,钢块与板间动摩擦因数μ=0.5.问:T型支架会不会绕O轴翻转?(g=10m/s2
某同学的解题思路如下:
支架受力情况如图(b),设支架即将翻转时钢块位于B右侧x处,根据力矩平衡的方程:
Mg(l1-L2)=N•x,式中N=mg,
解得x=0.2m.
此时钢块离A端
s1=34L+x=0.95m.
然后算出钢块以v0=3m/s的初速度在AC板上最多能滑行的距离s2

比较这两个距离:
若s2≤s1,则T型支架不会绕O轴翻转;
若s2>s1,则会绕O轴翻转.
请判断该同学的解题思路是否正确.若正确,请按照该思路,将解题过程补充完整,并求出最后结果;若不正确,请用自己的方法算出正确的结果.


题型:未知 难度:其他题型

答案

该同学的结论不正确.
钢块在杆上运动时,对杆产生的摩擦力是滑动摩擦力,方向沿杆向右,该力对轴O同样有力矩作用.
支架恰好不翻转的力矩平衡方程应该是
Mg(l1-L2)=N•x+f•h;
式中N=mg,f=μN=μmg
带入数据:2×10×(0.75-0.5)=2×10x+0.5×2×10×0.5
可解得:x=0,所以只要钢块沿杆滑行s1=0.75m到达B点,支架即翻转.
另外,钢块沿杆滑行时,有
μmg=ma,解得a=μg=5m/s2
钢块在杆上最多能滑行的距离
S2=v202a=322×5m=0.9m
由于S2>S1,所以当钢块滑到B点时T型支架就会翻转.
答:当钢块滑到B点时T型支架就会翻转.

解析

L2

考点

据考高分专家说,试题“如图(a)所示,ABCO是固定在一起的T.....”主要考查你对 [力矩的平衡 ]考点的理解。

力矩的平衡

力矩和力偶:

①力臂:从转动轴到力的作用线的距离。
②力矩:力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩,用M表示,单位牛米(N·m)。
③力偶:力学上把作用在同一物体上的大小相等,方向相反、不共线的两个平行力组成的力系称为力偶。
④力偶矩:力学中,用力偶中的任一力的大小与力偶臂的乘积再冠以相应的正、负号,作为力偶使物体转动效应的度量,成为力偶矩,用M表示,单位牛米(N·m)。
力矩的平衡条件:
有固定转动轴的物体的平衡条件是力矩的代数和等于零,即M=M1+M2+M3+…=0。
刚体平衡的条件:
①在任何外力作用下,大小和形状不变的物体,叫做刚体。
②刚体的平衡条件是合力为零,合力矩为零,即∑F=0,∑M=0。

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