Question

【題目】如圖所示，輕質(zhì)桿長為3L，在桿的A、B兩端分別固定質(zhì)量均為m的球A和球B，桿上距球A為L處的點O裝在光滑的水平轉(zhuǎn)動軸上，桿和球在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，當(dāng)球B運動到最低點時，桿對球B的作用力大小為2mg，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?/span>g，求此時：

（1）球B轉(zhuǎn)動的角速度大小；

（2）A球?qū)�桿的作用力大小以及方向；

（3）在點O處，輕質(zhì)桿對水平轉(zhuǎn)動軸的作用力大小和方向．

Answer 1

【答案】（1）；

（2），方向為豎直向下；

（3）2.5mg，方向為豎直向下

【解析】試題分析：（1）小球B受重力和彈力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律列式求解；

（2）A球的角速度等于B球的角速度，對B球運用牛頓第二定律列式求解；

（3）桿受力平衡，先根據(jù)牛頓第三定律求解兩個球?qū)�桿的作用力，再結(jié)合平衡條件求解轉(zhuǎn)軸對桿的作用力，最后結(jié)合牛頓第三定律求解輕質(zhì)桿對水平轉(zhuǎn)動軸的作用力大小和方向．

解：（1）小球B受重力和彈力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律：

F1﹣mg=mω2（2L）

其中：

F1=2mg

聯(lián)立解得：

ω=

（2）A球的角速度等于B球的角速度，為；

設(shè)桿對A球是向下的拉力，根據(jù)牛頓第二定律，有：

F2+mg=mω2L

解得：

F2=﹣mg＜0，故假設(shè)不成立，是向上的支持力；

根據(jù)牛頓第三定律，球?qū)�桿是向下的壓力；

（3）根據(jù)牛頓第三定律，球A對桿有向下的壓力，為：；

球B對桿有向下的拉力，為：F1′=2mg；

桿受力平衡，故軸對桿的彈力向上，為：

N=F1′+F2′=2.5mg；

根據(jù)牛頓第三定律，桿對轉(zhuǎn)軸的作用力向下，為2.5mg；

答：（1）球B轉(zhuǎn)動的角速度大小為；

（2）A球?qū)�桿的作用力大小為，方向為豎直向下；

（3）在點O處，輕質(zhì)桿對水平轉(zhuǎn)動軸的作用力大小為2.5mg，方向為豎直向下．