Question

如圖所示，質(zhì)量M=2kg的木塊A套在水平桿上，并用輕繩將木塊與質(zhì)量m=kg的小球B相連．今用跟水平方向成α=30⁰角的力F=10N，拉著球帶動木塊一起向右勻速運動，運動中M、m相對位置保持不變，取g=10m/s²．求：
（1）運動過程中輕繩與水平方向夾角θ；
（2）木塊與水平桿間的動摩擦因數(shù)為μ．
（3）當α為多大時，使球和木塊一起向右勻速運動的拉力最��？

Answer 1

解：（1）對B進行受力分析，設(shè)細繩對B的拉力為T由平衡條件可得：
Fcos30°=Tcosθ，F(xiàn)sin30°+Tsinθ=mg
代入數(shù)據(jù)解得：T=10，tanθ=，即：θ=30°
（2）對A進行受力分析，由平衡條件有
F_N=Tsinθ+Mg
f=Tcosθ
f=μF_N
解得：
（3）對A、B整體進行受力分析，由平衡條件有：
F_N+Fsinα=（M+m）g
f=Fcosα=μF_N
聯(lián)立得：Fcosα=μ（M+m）g-μFsinα
解得：
令：，cosβ=，即：tanβ=
則：=
所以：當α+β=90°時F有最小值．所以：tanα=μ=時F的值最�。�即：α=arctan
答：（1）運動過程中輕繩與水平方向夾角θ為30°
（2）木塊與水平桿間的動摩擦因數(shù)μ=
（3）當α=arctan時，使球和木塊一起向右勻速運動的拉力最�。�
分析：M和m分別處于平衡狀態(tài)，對m受力分析應(yīng)用平衡條件可求得θ的數(shù)值，再對M受力分析應(yīng)用平衡條件可求得木塊與水平桿間的動摩擦因數(shù)，最后對整體受力分析表示出拉力F的表達式，討論最小值即可．
點評：本題為平衡條件的應(yīng)用問題，選擇好合適的研究對象受力分析后應(yīng)用平衡條件求解即可，難點在于研究對象的選擇和應(yīng)用數(shù)學(xué)方法討論拉力F的最小值，難度不小，需要細細品味．