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如图甲所示,水平圆盘上质量mA=4m与mB=m的A、B两个物块,用一根不可伸长的轻绳连在一起,轻绳经过圆盘圆心。AB一起随圆盘绕竖直中心轴OO′转动,转动角速度ω从零开始缓慢增大,直到有物块相对圆盘运动为止。A、B两物块转动半径rA=r,rB=2r。两物块与圆盘间的动摩擦因数均为μ,取最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。
(1)若先将轻绳去掉,将A、B两物块先后单独放到图甲所示位置,分别求出A、B相对圆盘静止时圆盘转动的最大角速度?若将A、B两物块同时放到图甲所示位置(无轻绳),逐渐增大圆盘转动角速度,哪个物块先滑动?
(2)在A、B两物块间加上轻绳,如图甲所示,随着圆盘转动角速度逐渐增大,绳上的力从无到有,使得物块相对圆盘保持静止的时间延长。求当角速度ω1为多大时,A受到的静摩擦力达到最大值?
(3)求当角速度继续增大至
ω
2
=
2
μg
r
时,B受到的静摩擦力的大小?
(4)当角速度继续增大至ω3时,AB物块组成的系统相对圆盘开始滑动,求ω3的大小?并将物块B受到的摩擦力fB与ω2的分段函数关系图像画在图乙中(取指向转轴的方向为摩擦力的正方向,图像中要有重要点的横纵坐标值)。

【答案】(1)若先将轻绳去掉,将A、B两物块先后单独放到图甲所示位置,则A、B相对圆盘静止时圆盘转动的最大角速度分别为
μg
r
μg
2
r
,当两物块同时随圆盘转动时物块B最先滑动;
(2)当角速度ω1
3
μg
2
r
时,A受到的静摩擦力达到最大值;
(3)当角速度继续增大至
2
μg
r
时,B受到的静摩擦力的大小为零;
(4)当角速度继续增大至ω3时,AB物块组成的系统相对圆盘开始滑动,则ω3的大小为
5
μg
2
r
,物块B受到的摩擦力fB与ω2的分段函数关系图像见解析。
【解答】
【点评】
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