Question

如圖所示，質(zhì)量M=20kg的木楔ABC靜置于粗糙水平地面上，在木楔傾角θ=30°足夠長(zhǎng)的斜面上，有一質(zhì)量m=4.0kg的物塊由靜止開(kāi)始沿斜面下滑．當(dāng)物塊滑行的距離x=2.5m時(shí)，它的速度v=5m/s，在這一過(guò)程中木楔沒(méi)有動(dòng)，重力加速度取g=10m/s²．求：
（1）地面對(duì)木楔的摩擦力的大小和方向．
（2）地面對(duì)木楔的支持力的大�。�

Answer 1

分析：（1）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移速度公式求出物塊的加速度，結(jié)合牛頓第二定律求出物體所受的摩擦力以及所受的支持力．再對(duì)木楔進(jìn)行受力分析，運(yùn)用正交分解法求出地面對(duì)木楔的摩擦力的大小和方向．
（2）木楔在豎直方向上處于平衡，根據(jù)平衡方程求出地面對(duì)木楔的支持力的大�。�

解答：解：（1）由勻加速運(yùn)動(dòng)的公式v²=2ax得
物塊沿斜面下滑的加速度為a=5 m/s²
由于a=gsinθ=5 m/s²，可知物塊不受到摩擦力的作用．支持力大小F_N1=mgcosθ．
分析木楔受力，它受四個(gè)力作用，如圖所示
對(duì)于水平方向，有：F_f-F_N1′sinθ=0
則F_f=F_N′sinθ=mgcosθsinθ=40×

1

2

×

3

2

N=10

3

N，方向水平向左．
（2）對(duì)于木楔在豎直方向，由平衡條件得，
F_N2=Mg+F_N1′cosθ=200+40×(

3

2

)2N=230N．
答：（1）地面對(duì)木楔的摩擦力的大小為10

3

N，方向水平向左．（2）地面對(duì)木楔的支持力的大小為230N．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵進(jìn)行正確地受力分析，抓住木楔處于平衡，運(yùn)用正交分解法求解．