Question

13．如圖所示，傾角為θ=53°質(zhì)量為M=2kg的光滑斜面體上有一個(gè)m=0.5kg的小球，斜面體放在光滑的水平桌面上，斜面與一平行于桌面的細(xì)繩相連，繩的另一端跨過(guò)一不計(jì)摩擦的輕質(zhì)定滑輪掛一個(gè)物塊質(zhì)量為m₀，桌子固定于水平地面上，將物塊m₀由靜止釋放（已知sin53°=0.8，cos53°=0.6，g=10m/s²）求：
（1）若小球m與斜面恰好沒(méi)有彈力，此時(shí)小球與斜面向右加速度為多大？
（2）若小球m與斜面恰好沒(méi)有彈力，m₀質(zhì)量為多少？
（3）m₀質(zhì)量為多少時(shí)，m與M之間的彈力為1.5N？

Answer 1

分析 （1）以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，由牛頓第二定律求出小球的加速度，
（2）分別以系統(tǒng)和${m}_{0}^{\;}$為研究對(duì)象，由牛頓第二定律求出m₀的質(zhì)量．
（2）求彈力為1.5N時(shí)的加速度，然后求出物體的質(zhì)量．

解答 解：（1）以m為研究對(duì)象，受力分析如圖，

根據(jù)牛頓第二定律，有
$\frac{mg}{tanθ}=ma$
解得：$a=\frac{g}{tan53°}=7.5m/{s}_{\;}^{2}$
（2）小球m與斜面恰好沒(méi)有彈力時(shí)，$a=7.5m/{s}_{\;}^{2}$
對(duì)${m}_{0}^{\;}$，由牛頓第二定律得：${m}_{0}^{\;}g-F={m}_{0}^{\;}a$，
以M、m組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，
由牛頓第二定律得：F=（m+M）a，
解得：m₀=7.5kg；
（3）m與M之間的彈力為1.5N時(shí)，小球受力如圖所示：

對(duì)小球，由牛頓第二定律得：Fcosθ-Nsinθ=ma′，
在豎直方向上，由平衡條件得：Fsinθ+Ncosθ=mg，
解得：a′=3.75m/s²，
以小球、斜面體、物塊組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，
由牛頓第二定律得：m₀g=（m+M+m₀）a′，
解得：m₀=1.5kg；
答：（1）若小球m與斜面恰好沒(méi)有彈力，此時(shí)小球與斜面向右加速度為$7.5m/{s}_{\;}^{2}$
（2）若小球m與斜面恰好沒(méi)有彈力，m₀質(zhì)量為7.5kg
（3）m₀質(zhì)量為1.5kg時(shí)，m與M之間的彈力為1.5N

點(diǎn)評(píng) 本題考查了求物塊的質(zhì)量，應(yīng)用牛頓第二定律即可正確解題，靈活應(yīng)用整體法與隔離法是正確解題的關(guān)鍵．