例题:一小球悬于箱子的O点,某时刻悬绳和竖直方向如图a所示,则可知箱子的运动情况可能是()

为什么沿绳方向加速度相等(由绳偏角知加速度)(1)

(A)水平向左加速运动

(B)向右运动

(C)竖直向下加速运动

(D)竖直向上加速运动

(E)沿某斜面匀速下滑

(F)沿斜面向上运动

[分析]如图b所示,绳子张力T和重力mg的合力∑F=ma,加速度a=gtanθ,方向水平向左所以箱子向左加速或向右减速都可能出现这种情况。若竖直向下运动时,只有箱子自由落下a=g时才有可能,此时小球完全失重,绳子张力T=0,而竖直向上加速,必定绳子张力T>mg。如绳子偏右角,就有水平方向分力,会产生水平加速度,所以不可能是竖直向上加速运动。如图c所示,T和mg的合力斜向下,当箱子沿斜面加速下滑或减速上滑时有可能,但当箱子沿斜面匀速滑动时,合力必为零,那么T=mg,绳子不可能偏过角。

[解]由分析可知,有可能的情况是(ABCF)

[注意]力学中对物体受力分析是很重要的基本功,正确的受力分析离不开物体的运动状态的分析,是静止、匀速,还是加速、减速,是直线运动还是曲线运动、圆周运动,会有不同的受力情况,空气阻力和滑动摩擦力的方向甚至还与物体运动的速度方向有关。

例题:如图所示,

为什么沿绳方向加速度相等(由绳偏角知加速度)(2)

静止的长方体铁箱内用细绳a、b系着小球,绳a倾斜向上、绳b水平,用传感器测得两绳的拉力分别为Fa、Fb.若观测到Fa不变、Fb变小,小球相对铁箱的位置保持不变,则铁箱的运动情况可能是(B).

A.向左加速

B.向右加速

C.向上加速

D.向下加速

例题:如图所示,

为什么沿绳方向加速度相等(由绳偏角知加速度)(3)

质量为M的木块下用细绳悬挂着一质量为m的小球,木块沿倾角为θ的固定斜轨加速滑下时,小球相对木块静止且不与斜轨接触。已知木块与斜轨间的摩擦因数为μ,求细线与竖直方向的夹角α。

[分析]如果斜轨光滑无摩擦,m和M系统应以a=gsinθ加速滑下,此时α=θ,细绳与斜轨垂直。当木块和斜轨间有摩擦时,a=gsinθ一μgcosθ,细绳与竖直方向的夹角α必是0<α<θ,且绳在竖直方向的右侧,只有当木块沿斜轨向上加速或向下减速时,细绳才可能偏向竖直方向左侧。

为什么沿绳方向加速度相等(由绳偏角知加速度)(4)

《变式》

1.细绳竖直状态

2.细绳与斜面垂直状态

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