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选择题
如图所示,在以一定加速度a行驶的车厢内,有一长为L、质量为m的棒AB靠在光滑的后壁上,棒与厢底面之间的动摩擦因数为μ,为了使棒不滑动,棒与竖直平面所成的夹角为 θ,则tanθ的值可取
A.
B.
C.
D.
本题答案:ACD
本题解析:分析:棒与车具有相同的加速度,当棒与竖直平面所成的夹角最大时,有向左的最大静摩擦力,夹角最小时,有向右的最大静摩擦力,根据牛顿第二定律求出车厢后壁对棒的弹力,在根据力矩平衡求出临界的角度.
解答:设在A、B处的弹力大小各是FA、FB,在B处静摩擦力大小是 f.
当夹角θ取较大的数值θ大时,棒将发生A向下、B向右滑动,这时 f 的方向是水平向左.
由牛顿第二定律得:FA1-f=ma 且 f=μFB,FB=mg (竖直方向不动)
得 FA1=m(a+μg)
车厢是非惯性系,在车厢里看棒受到非惯性力F惯=ma
以B点为轴,用合力矩为0得 FA1Lcosθ大=mg
sinθ大+ma
所以 tanθ大=
=
θ大=arc tan
.
当夹角θ取较小的数值θ小时,棒将发生A向上、B向左滑动,这时 f 的方向是水平向右.
由牛顿第二定律得 FA2+f=ma 且 f=μFB,FB=mg (竖直方向不动)
得 FA2=m(a-μg)
以B点为轴,用合力矩为0得 FA2Lcosθ小=mg
sinθ小+ma
所以 tanθ小=
=
θ小=arc tan
综上所述,夹角θ应在的范围是:
arc tan
≤θ≤arc tan
.故A、C、D正确,B错误.
故选ACD.
点评:本题综合考查了牛顿第二定律和力矩平衡,综合性较强,以及考查了非惯性系问题,增加了题目的难度,要考虑棒会受到非惯性力.
本题所属考点:【运动的合成与分解】
本题难易程度:【简单】
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