水平直轨道上运动的火车车厢内有一个倾角为37°的光滑斜面,斜面上有一个质量为m=0.5kg的小球,用轻绳系于斜面的顶端,

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  • 解题思路:首先判断小球是否飞离了斜面,根据小球刚刚飞离斜面的临界条件,即绳子的倾角不变,斜面的支持力刚好为零,解出此时的加速度与题目给出的加速度大小进行比较,若给出加速度大于小球的临界加速度说明小球已经飞离了斜面,否则小球还在斜面上.

    当加速度a较小时,小球与斜面一起运动,此时小球受重力、绳子拉力和斜面的支持力,绳子平行于斜面;当加速度a足够大时,小球将飞离斜面,此时小球仅受重力与绳子的拉力作用,绳子与水平方向的夹角未知,而题目要求出当斜面以15m/s2的加速度向右做加速运动时,绳的拉力及斜面对小球的弹力,必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0,(此时小球所受斜面的支持力恰好为零)小球的受力如图:

    由牛顿第二定律得:

    F=mgcotθ=ma0

    解得:

    a0=gcotθ=10×[4/3]=13.3m/s2

    因为:

    a=15m/s2>a0

    所以小球一定离开斜面N=0,小球的受力如图所示:

    则水平方向有牛顿第二定律得:

    Tcosα=ma

    竖直方向有受力平衡得:

    Tsinα=mg

    由以上两式整理得:

    T=

    (ma)2+(mg)2=

    (0.5×15)2+(0.5×10)2≈9.01N

    N=0

    答:绳的拉力为9.01N,斜面对小球的弹力为零.

    点评:

    本题考点: 牛顿第二定律;物体的弹性和弹力.

    考点点评: 此题最难解决的问题是小球是否飞离了斜面,我们可以用假设法判断出临界加速度来进行比较.

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