
(23-24高一下·广东广州·期中)如图所示,一根细线下端拴一个质量m1=0.2kg的金属小球P,上端穿过水平转台中间的光滑小孔O固定在质量m2=1kg金属块Q上,将Q置于水平转台上,小球P在水平面内做匀速圆周运动,已知摆绳OP长L1=0.5m,与竖直方向的夹角θ=37°,绳OQ长L2=1.2m,Q与水平转台间的动摩擦因数为μ=0.5,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,P、Q均可视为质点。
(1)若水平转台静止,仅小球P在水平面内做匀速圆周运动,求:
①Q受到的摩擦力f;
②m1转动的角速度ω1;
(2)将小球P换为质量为m1′=0.8kg的小球P′,调整ω1,保持P′做圆锥摆运动时与竖直方向的夹角θ=37°不变,绳子总长度不变,让转盘维持ω2=3rad/s的角速度转动,改变OQ的距离L2′,欲使Q与转盘保持相对静止,求OQ的距离L2′的取值范围。(结果可以保留分式或根式)
【答案】(1)2.5N,5rad/s;(2)
【知识点】圆锥摆问题、水平转盘上的物体
【详解】(1)对P,竖直方向受力平衡,有
Tcos37°=m1g
可得:
T=2.5N
对Q,最大静摩擦力
fm=μm2g=5N
由于T=2.5N<fm,且Q静止,故Q受到的摩擦力
f=T=2.5N
对P,有
r=Lsin37°
可求得
ω1=5rad/s
(2)因为θ=37°不变,所以力
=10N不变。对Q,恰好不向内滑动,有
恰好不向外甩出,有
,
故
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