题型.螺旋千斤顶由带手柄的螺杆和底座组成,螺纹与水平面夹角为α,如图所示。水平转动手柄,使螺杆沿底座的螺纹槽(相当于螺母)缓慢旋进而顶起质量为m的重物,如果重物和螺杆可在任意位置保持平衡,称为摩擦自锁。能实现自锁的千斤顶,α的最大值为α0。现用一个倾角为α0的千斤顶将重物缓慢顶起高度h后,向螺纹槽滴入润滑油使其动摩擦因数μ减小,重物回落到起点。假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计螺杆和手柄的质量及螺杄与重物间的摩擦力,转动手柄不改变螺纹槽和螺杆之间的压力。下列说法正确的是
A.实现摩擦自锁的条件为tanα≥μ
B.下落过程中重物对螺杆的压力等于mg
C.从重物开始升起到最高点摩擦力做功为mgh
D.从重物开始升起到最高点转动手柄做功为2mgh
千斤顶原理图解析:
A“水平转动手柄,使螺杆沿底座的螺纹槽(相当于螺母)缓慢旋进而顶起质量为m的重物,重物和螺杆可在任意位置保持平衡,称为摩擦自锁”。介绍自锁名词。“顶起过程”具有自锁现象,如果条件不变,下降也具有自锁现象。“能实现自锁的千斤顶,α的最大值为α0”为临界条件,物体所受摩擦力为最大静摩擦力,都是自锁范围。反之打破自锁,千斤顶就下滑。此题为自锁临界状态,物体所受静摩擦力为最大,且指的是上升过程。自锁条件为μ=tanθ,μ为滑动摩擦系数。A错误。此题考查我们阅读能力,理解能力,对物理概念“自锁”的理解。做一题而知一片,好题。
B“现用一个倾角为α0的千斤顶将重物缓慢顶起高度h后,向螺纹槽滴入润滑油使其动摩擦因数μ减小,重物回落到起点。”关键字“后”,“μ减小”。说明下落过程已不是自锁,运动状态发生变化,做类匀加速直线运动。物体停止时,做什么运动,没有告知。实际情况应该有人为干预,缓慢停止。没有告知的情况下,可以理解为和底座撞击。此问未涉及运动结束情况,只涉及过程。下降过程因“动摩擦因数μ减小”向下重力分力大于摩擦力,做类匀加速运动,物体加速度向下,物体处于失重状态。研究对象发生转移,“物体和螺杆”作为研究对象一起向下做匀加速运动,物体对螺杆压力小于其重力。
C上升过程,由自锁条件μ=tanθ,摩擦力f=μFN=mgsinθ。摩擦力做功大小为mgh,就正确了。对“摩擦力做功”说法,摩擦力功计算的考查。
D对物体上升实景充分了解。物体上升时,一般情况螺杆转动,底座和物体不动,螺杆和物体一起上升且之间应该有转动摩擦。题设条件“
不计螺杆和手柄的质量及螺杄与重物间的摩擦力,转动手柄不改变螺纹槽和螺杆之间的压力”是指仅考虑物体质量和因物体质量引起的摩擦。把螺杆和重物作为研究对象,受力分析,向上力,向下重力、摩擦力。由动能定理,初末状态静止,D正确。
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