Question

兩個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球a和b，用質(zhì)量可忽略的剛性細(xì)桿相連放置在一個(gè)光滑的半球面內(nèi)，如圖所示。已知小球a和b的質(zhì)量之比為 ，細(xì)桿長(zhǎng)度是球面半徑的 倍。兩球處于平衡狀態(tài)時(shí)，細(xì)桿與水平面的夾角θ是：（ �。�

A．45°　　　　　　 B．30°　　　　　　 C．22.5°　　　　 D．15°

Answer 1

D、【解析】解法一　設(shè)細(xì)桿對(duì)兩球的彈力大小為T，小球a、b的受力情況如圖1－10乙所示其中球面對(duì)兩球的彈力方向指向圓心，即有：

cos α＝＝

解得：α＝45°

故F_Na的方向?yàn)橄蛏掀�右，�?i>β₁＝－45°－θ＝45°－θ

F_Nb的方向?yàn)橄蛏掀�左，�?i>β₂＝－（45°－θ）＝45°＋θ

兩球都受到重力、細(xì)桿的彈力和球面的彈力的作用，過(guò)O作豎直線交ab于c點(diǎn)，設(shè)球面的半徑為R，由幾何關(guān)系可得：

＝

＝

解得：F_Na＝F_Nb

取a、b及細(xì)桿組成的整體為研究對(duì)象，由平衡條件得：

F_Na·sin β₁＝F_Nb·sin β₂

即 F_Nb·sin（45°－θ）＝F_Nb·sin（45°＋θ）

解得：θ＝15°．

解法二　由幾何關(guān)系及細(xì)桿的長(zhǎng)度知，平衡時(shí)有：

sin∠Oab＝＝

故∠Oab＝∠Oba＝45°

再設(shè)兩小球及細(xì)桿組成的整體重心位于c點(diǎn)，由懸掛法的原理知c點(diǎn)位于O點(diǎn)的正下方，且＝＝

即R·sin（45°－θ）∶R·sin（45°＋θ）＝1∶

解得：θ＝15°．

[答案]　D

圖1－10乙