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15.在遥控直升机下面用轻绳悬挂质量为m的摄像可以拍摄学生在操场上的跑操情况.开始时遥控直升机悬停在C点正上方.若遥控直升机从C点正上方运动到D点正上方经历的时间为t,已知C、D之间距离为L,直升机的质量为M,直升机的运动视作水平方向的匀加速直线运动.在拍摄过程中悬挂摄像机的轻绳与竖直方向的夹角始终为β,重力加速度为g,假设空气对摄像机的作用力始终水平,则(  )
A.轻绳的拉力F1=mgcosβ
B.遥控直升机加速度a=gtanβ
C.遥控直升机所受的合外力为F合=$\frac{2mL}{{t}^{2}}$
D.这段时间内空气对摄像机作用力的大小为F=m(gtanβ-$\frac{2L}{{t}^{2}}$)

分析 分析摄像机的受力情况,根据牛顿第二定律求出轻绳的拉力和加速度.直升机做初速度为零的匀加速运动,由位移公式可求得加速度,再由牛顿第二定律求出直升机的合外力.

解答 解:AB、摄像机的受力情况如图所示,根据牛顿第二定律得:
   竖直方向有:F1cosβ=mg ①
   水平方向有:F1sinβ-F=ma ②
由①得:
   轻绳的拉力 F1=$\frac{mg}{cosβ}$ ③
   遥控直升机加速度 a=gtanβ-$\frac{F}{{F}_{1}cosβ}$g  ④,故AB错误.
C、直升机做初速度为零的匀加速运动,由L=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$,得 a=$\frac{2L}{{t}^{2}}$ ⑤
所以遥控直升机所受的合外力为 F合=Ma=$\frac{2ML}{{t}^{2}}$.故C错误.
D、由②③得:空气对摄像机作用力的大小为 F=F1sinβ-ma=$\frac{mg}{cosβ}$•sinβ-m•$\frac{2L}{{t}^{2}}$=m(gtanβ-$\frac{2L}{{t}^{2}}$).故D正确.
故选:D

点评 本题涉及两个物体,采用隔离法研究.分析物体的受力情况,运用正交分解法列方程是关键.要注意直升机和摄像机是两个不同的研究对象,加速度相同,但质量不同.

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