Question

4．如圖所示，直角三角形支架 OXY 在豎直平面內(nèi)，XY 為光滑的輕直細(xì)桿，高 h=l.25m 的 OY 桿垂直于地面，XY 桿與水平面夾角為 30°．一個(gè)質(zhì)量為 m=2kg 的小球 A（可視為質(zhì)點(diǎn)）穿在 XY 桿上，下懸一個(gè)質(zhì)量為 m₂=1kg 的小球 B，對(duì)桿上小球施加一個(gè) 水平向左的恒力 F 使其從 XY 桿的中點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿桿向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程懸掛小球的懸線與豎直方向夾角為 30°，g 取10m/s²，求：
（1）小球 B 運(yùn)動(dòng)的加速度大小；
（2）恒力 F 的大�。�
（3）小球 A 到達(dá) y 點(diǎn)時(shí)的速度大�。�

Answer 1

分析 （1）對(duì)小球B受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求小球B運(yùn)動(dòng)的加速度；
（2）對(duì)兩個(gè)小球組成的整體進(jìn)行受力分析，運(yùn)用正交分解法，根據(jù)牛頓第二定律求F的大��；
（3）小球A做勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度位移公式求小球A到達(dá)y點(diǎn)的速度．

解答 解：（1）對(duì)小球B受力分析：B球受重力、繩子拉力，根據(jù)牛頓第二定律得：
平行斜面方向：Tcos30°-m₂gsin30°=m₂a
垂直斜面方向：Tsin30°=m₂gcos30°
聯(lián)立得：a=g=10m/s²
（2）以兩個(gè)小球組成的整體為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得：
沿斜面方向有：Fcos30°-（m₁g+m₂g）sin30°=（m₁+m₂）a
得：F=30$\sqrt{3}$N；
（3）桿的中點(diǎn)與B點(diǎn)的距離為 x=$\frac{\frac{h}{2}}{sin30°}$=1.25m，
根據(jù)位移公式：v²-0²=2ax，
代入數(shù)據(jù)得：v=5m/s．
答：
（1）小球 B運(yùn)動(dòng)的加速度大小為10m/s²；
（2）恒力F的大小為30$\sqrt{3}$N；
（3）小球 A 到達(dá) y 點(diǎn)時(shí)的速度大小為5m/s．

點(diǎn)評(píng) 本題是連接體問(wèn)題，涉及到兩個(gè)物體的問(wèn)題要靈活的選擇研究對(duì)象，要抓住兩個(gè)物體的加速度相同，采用整體法和隔離法結(jié)合研究加速度．