Question

如圖所示，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧一端與墻固定，另一端與傾角為α的斜面體小車連接，小車置于光滑的水平面上，在小車上疊放一個物體．若已知小車的質(zhì)量為M，物體的質(zhì)量為m，小車處于O點時，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)將小車從O點拉到B點，令OB＝b，無初速度釋放后，小車即在水平面上BC間來回運動，而物體m與小車間始終沒有發(fā)生相對運動．試求：

 (1)小車運動到B點時的加速度大小和物體m所受的摩擦力的大小各是多少？

(2)b的大小必須滿足什么條件，才能使小車和物體一起運動的過程中，在某一位置時物體和小車之間的摩擦力為零？

Answer 1

解析　(1)對小車和物體采用整體法有：

kb＝(M＋m)a①

隔離m，受力分析如圖，則水平方向有：

fcosα－Nsinα＝ma②

豎直方向有：fsinα＋Ncosα＝mg③

由①②③得a＝，

f＝m(cosα＋gsinα)．

(2)當(dāng)m不受摩擦力時，只受重力mg和支持力N，二者的合力水平向右，大小為mgtanα，可知該點在O點左側(cè)，以二者為整體，則有

kx＝(M＋m)gtanα，解得x＝tanα

故應(yīng)有b≥tanα.

答案　(1)a＝，f＝m(cosα＋gsinα)

(2)b≥tanα