如图所示,两个可视为质点的小球a和b,用质量可忽略的刚性细杆相连,放置在一个光滑的半球面内,已知小球a和b的质量分别为3m、m.细杆长度是球面半径的2倍.两球处于平衡状态时,下列说
如图所示,两个可视为质点的小球a和b,用质量可忽略的刚性细杆相连,放置在一个光滑的半球面内,已知小球a和b的质量分别为m、m.细杆长度是球面半径的倍.两球处于平衡状态时,下列说法正确的是( )
A. 细杆与水平面的夹角θ=30°
B. 杆对a、b球作用力的方向不一定沿杆
C. 杆对a、b球的作用力的大小为mg
D. 半球面对a、b球的弹力之比为
答案和解析
由题,细杆长度是球面半径的
倍,由几何知识得知,oa⊥ob,α=45°.
A、设球面半径为r,以O为转轴,对整体进行研究,根据平衡条件得:magrcos(α+θ)=mbgcos[90°-(α+θ)],
又ma=m,mb=m
代入解得θ=15°.故A错误.
B、由于杆的质量忽略不计,重力不计,则由平衡条件得知,杆所受的两个小球的作用力必定共线方向,所以杆对a、b球作用力的方向一定沿杆.故B错误.
C、由图,根据几何知识得β2=60°,由数学知识得到:=,代入解得,T=mg.故C正确.
D、两球都受到重力、细杆的弹力和球面的弹力的作用,过O作竖直线交ab于c点,设球面的半径为R,由几何关系可得:=,=
解得:FNa=FNb; 故D错误.
故选C
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