Question

7．如图所示，细绳的一端系着质量为M=2kg的物体，静止在水平圆盘上，另一端通过光滑的小孔吊着质量为m=0.5kg，M的中点与圆孔的距离为0.5m，并已知M与圆盘的最大静摩擦力为4N，现使此圆盘绕中心轴线转动，则物体的角速度ω取以下值可使m处于静止状态，（g取10m/s²）（　　）

• A． ω=1.5 rad/s
• B． ω=2 rad/s
• C． ω=0.8 rad/s
• D． ω=3 rad/s

Answer 1

分析 当此平面绕中心轴线以角速度ω转动时，若M恰好要向里滑动时，ω取得最小值，此时M所受的静摩擦力达到最大，方向沿半径向外，由最大静摩擦力和绳子拉力的合力提供M所需要的向心力．若M恰好要向外滑动时，ω取得最大值，此时M所受的静摩擦力达到最大，方向沿半径向里，由最大静摩擦力和绳子拉力的合力提供M所需要的向心力．根据牛顿第二定律分别求出ω的最小值和最大值，即可得到ω的取值范围．

解答 解：当物体M在此平面绕中心轴线以ω角速度转动时，当M恰好要向里滑动时，ω取得最小值为ω_min，此时M所受的静摩擦力达到最大为F_max，方向沿半径向外，由最大静摩擦力和绳子拉力的合力提供所需要的向心力，根据牛顿第二定律和向心力公式有：mg-F_max=Mω_min²r，代入数据解得ω_min=1 rad/s．
当M恰好要向外滑动时，ω取得最大值为ω_max，此时M所受的静摩擦力达到最大为F_max，方向沿半径向里，由最大静摩擦力和绳子拉力的合力提供所需要的向心力，根据牛顿第二定律和向心力公式有：mg+F_max=Mω_max²r，代入数据解得ω_max=3 rad/s．
所以角速度的取值范围是 1 rad/s≤ω≤3 rad/s，可使m处于静止状态，所以选项ABD正确，C错误．
故选：ABD

点评 本题是圆周运动中临界问题，抓住当M恰好相对此平面刚要滑动时静摩擦力达到最大，由牛顿第二定律求解角速度的取值范围