题目内容

2.如图所示,桶的高度l=0.2m,质量为m1=0.5kg桶底有一质量为m2=0.2kg的小球(可视为质点),已知开始时桶及小球均处于静止状态,现用一竖直向下的力F作用在桶上,要使小球进过时间t=0.1s刚好跃出桶口,F至少多大?(重力加速度g=10m/s2

分析 要使小球跃出桶口,F作用后小球做自由落体运动,桶向下匀加速运动,加速度大于g,两者位移之差等于l,根据位移时间公式和牛顿第二定律结合解答.

解答 解:已知在时间t=0.1s时间内小球下落的高度 h1=$\frac{1}{2}$gt2=$\frac{1}{2}×10×0.{1}^{2}$m=0.05m ①
由题可知在0.1s的时间内桶下落的高度为 h2=$\frac{1}{2}$at2  ②
h2-h1=0.2m ③
代入数据解得:a=$\frac{2×(0.2+{h}_{1})}{{t}^{2}}$=$\frac{2×(0.2+0.05)}{0.{1}^{2}}$m/s2=50m/s2
由牛顿第二定律可知:F+mg=ma ④
代入数据得:F=m(a-g)=0.5×(50-10)N=20N
答:要使小球进过时间t=0.1s刚好跃出桶口,F至少为20N.

点评 本题实质属于追及问题,关键要分析两个物体位移关系,运用牛顿第二定律和运动学公式结合处理动力学问题.

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