Question

(14分)在直徑1.6m的圓柱體一端截出一圓錐，如下圖所示，在看到剖面上，三角形的三邊之比為3:4:5, 圓柱體可繞其中心對稱軸勻速旋轉。將一小木塊放置在斜面的中點，它與斜面間動摩擦力因素為0.25，若小木塊保持在此位置不動，則圓柱體旋轉的角速度應為多大.

（；g取10m/s²）

 

Answer 1

【答案】

3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s

【解析】

試題分析：當圓柱體旋轉角速度最小為ωmin時，木塊有沿斜面向下滑動趨勢，木塊受最大靜摩擦力f的方向沿斜面向上。木塊受重力mg、斜面支持力N和靜摩擦f,如圖所示。

木塊在水平面內作勻速圓周運動，向心加速度，R=0.4m。

根據牛頓第二定律得

水平方向：  ①

豎直方向： Ncosα+fsinα=mg ②

又 f=μN ③

聯立①、②、③解得

當圓柱體旋轉角速度最大為時，木塊有沿斜面向上滑動趨勢，木塊受最大靜摩擦力f的方向沿斜面向下。木塊還受重力mg和斜面支持力N′作用，如圖所示。木塊加速度。　　由牛頓第二定律得

水平方向：  ④

豎直方向： Ncosα-fsinα=mg  ⑤

又 f′=μN′ ⑥

聯立④、⑤、⑥解得

圓柱體旋轉的角速度ω應為3.2rad/s≤ω≤5.4rad/s

考點：圓周運動

點評：本題考查了圓周運動中常見的臨界問題，也是該類問題中比較常見典型的問題，要找到問題突破口，本題主要是因為靜摩擦力的方向不確定造成。