(2016屆廣西柳鐵一中月考)兩個可視為質點的小球a和b,用質量可忽略的剛*細杆相連,放置在一個光滑的半球面內...
問題詳情:
(2016屆廣西柳鐵一中月考)兩個可視為質點的小球a和b,用質量可忽略的剛*細杆相連,放置在一個光滑的半球面內,如圖所示.已知小球a和b的質量之比為,細杆長度是球面半徑的倍.兩球處於平衡狀態時,細杆與水平面的夾角是( )
A.45° B.30°
C.22.5° D.15°
【回答】
D
解題思路:分別對兩個小球受力分析,由*力的特點確定*力的方向,由共點力的平衡條件可得出杆對球的*力,由幾何關係求得球面對小球的作用力,再由整體法可得出夾角.
解析:設細杆對兩球的*力大小為T,小球a、b受力如圖所示,a、b兩球與大球心三點構成一個三角形,設球面半徑為R,根據幾何知識可得,cosα==,即α=45°,由圖中幾何關係得,β1=-45°-θ=45°-θ,β2=π-45°-(90°-θ)=45°+θ,兩球都受重力、細杆的*力和球面*力的作用,過O作豎直線交ab於c點,由相似三角形可得:=,=,聯立以上兩式解得FNa=FNb,再取a、b及細杆組成的整體為研究物件,由平衡條件得:FNasinβ1=FNbsinβ2,即FNasin(45°-θ)=FNbsin(45°+θ),代入資料解得θ=15°.綜上本題選D.
知識點:共點力的平衡
題型:選擇題
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