如图所示,OAB是一刚性轻质直角三角形支架,边长AB=0.2m,∠OAB=37°;在A、B两顶角处各固定一个大小不计的小球,质量均为1kg.支架可绕过O的水平轴在竖直平面内无摩擦地转动.

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 力矩的平衡/2022-10-24 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,OAB是一刚性轻质直角三角形支架,边长AB=0.2m,∠OAB=37°;在A、B两顶角处各固定一个大小不计的小球,质量均为1kg.支架可绕过O的水平轴在竖直平面内无摩擦地转动.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2
(1)为使支架静止时AB边水平,求在支架上施加的最小力;
(2)若将支架从AB位于水平位置开始由静止释放,求支架转动过程中A处小球速度的最大值.
魔方格

◎ 答案

(1)施加的最小力满足的条件是:力臂最大
所以该力的作用在A点,方向垂直于OA向上,根据力矩平衡条件,有:
mg?OA?cos37°=mg?OB?cos53°+Fmin?OA
OA=0.16m,OB=0.12m,可解得:Fmin=3.5N
作用在A点,在支架平面内垂直于OA向上
(2)支架力矩平衡时两小球的速度最大.
设平衡时OA边与竖直方向夹角为θ
则有mg?OA?sinθ=mg?OB?sin(90°-θ),可得θ=37°
根据系统机械能守恒定律,有:
mg(OAcos37°-OAcos53°)-mg(OBcos37°-OBcos53°)=
1
2
m(v12+v22
其中v1:v2=OA:OB=4:3
由上述两式可解得:v1=0.32m/s
答:(1)在支架上施加的最小力为3.5N,作用于A点且垂直AC边向上;
(2)支架转动过程中A处小球速度的最大值为0.32m/s.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,OAB是一刚性轻质直角三角形支架,边长AB=0.2m,∠OAB=37°;在A、B两顶角处各固定一个大小不计的小球,质量均为1kg.支架可绕过O的水平轴在竖直平面内无摩擦地转动.…”主要考查了你对  【力矩的平衡】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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