(2013?浦東新區(qū)一模)如圖所示,一個(gè)輕質(zhì)直角形薄板ABC,AB=0.80m,AC=0.60m,在A點(diǎn)固定一垂直于薄板平面的光滑轉(zhuǎn)動(dòng)軸,在薄板上D點(diǎn)固定一個(gè)質(zhì)量為m=0.40kg的小球,現(xiàn)用測力計(jì)豎直向上拉住B點(diǎn),使AB水平,如圖(a),測得拉力F1=2.0N;再用測力計(jì)豎直向上拉住C點(diǎn),使AC水平,如圖(b),測得拉力F2=2.0N(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).求:
(1)小球和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離AD;
(2)在如圖(a)情況下,將小球移動(dòng)到BC邊上距離A點(diǎn)最近處,然后撤去力F1,薄板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,AB邊能轉(zhuǎn)過的最大角度;
(3)在第(2)問條件下,薄板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,B點(diǎn)能達(dá)到的最大速度vB
分析:(1)根據(jù)力矩平衡條件列式得到D點(diǎn)與AC邊和AB邊的間距,然后根據(jù)勾股定理求解AD間距;
(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律并結(jié)合對(duì)稱性分析求解即可;
(3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列式求解出D點(diǎn)速度,求解出加速度,然后根據(jù)線速度和角速度、半徑的關(guān)系式列式求解B點(diǎn)速度.
解答:解:(1)設(shè)小球D距AC為x,距AB為y.

AB邊水平時(shí),根據(jù)力矩平衡得:
mg?x=F1×
.
AB
x=
F1
mg
×
.
AB
=
2.0
4.0
×0.80m=0.40m

AC邊水平時(shí),根據(jù)力矩平衡得:
mg?y=F2×
.
AC
y=
F2
mg
×
.
AC
=
2.0
4.0
×0.60m=0.30m

所以  
.
AD
=
x2+y2
=
0.402+0.302
m=0.50m

(2)設(shè)AD連線與AC邊的夾角為θ,由幾何關(guān)系可知θ=37°.根據(jù)機(jī)械能守恒定律得AD邊轉(zhuǎn)過的最大角度是2θ,所以AB邊轉(zhuǎn)過的最大角度是2θ=74°. 
(3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律,小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),重力勢能最小,動(dòng)能最大
1
2
m
v
2
D
=mg×
.
AD′
(1-cos37°)
vD=
2g×
.
AD′
(1-cos37°)
=
2×10×0.48×(1-0.8)
m/s≈1.39m/s

在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,薄板上各點(diǎn)角速度相同,所以
vC
vD
=
.
AB
.
AD′
,vC=
.
AB
.
AD′
×vD=
0.8
0.48
×1.39m/s≈2.32m/s

答:(1)小球和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離AD為0.5m;
(2)AB邊能轉(zhuǎn)過的最大角度為74°;
(3)在第(2)問條件下,薄板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,B點(diǎn)能達(dá)到的最大速度為2.32m/s.
點(diǎn)評(píng):本題關(guān)鍵是根據(jù)力矩平衡條件列式求解出D點(diǎn)的位置,然后根據(jù)機(jī)械能守恒定律或者動(dòng)能定理列式求解.
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L1和L2
L1和L2
的繞制方向(選填“L1”、“L2”或“L1和L2”).
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端(選填“左”或“右”).

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