题目内容

【题目】如图所示,滑轮和绳的质量及摩擦不计,用力F提升原来静止的质量为m=10 kg的物体,使其以大小为a=2 m/s2的加速度匀加速上升,求前3 s内力F做的功.(取g=10 m/s2)

【答案】1080 J

【解析】

物体受到两个力的作用:拉力F′和重力mg,其中F′=2F,由牛顿第二定律得

F′-mg=ma

所以F′=m(g+a)=10×(10+2) N=120 N.

则F=F′=60 N.

物体从静止开始运动,3 s内的位移为

l=at2=×2×32m=9 m.

方法一 力F的作用点为绳的端点,而在物体发生9 m位移的过程中,绳的端点的位移为2l=18 m,所以,力F做的功W=F·2l=60×18 J=1 080 J.

方法二 本题还可用等效法求力F做的功.

由于滑轮和绳的质量及摩擦均不计,所以拉力F做的功和拉力F′对物体做的功相等,

即WF=WF′=F′l=120×9 J=1 080 J.

点拨 本题思路是根据牛顿第二定律求出力F,再由总功的求解方法求出力F做的功.

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