题目内容

【题目】如图所示,两根长度均为L的轻丝线,悬挂着质量均为m的两个小球。今在两球上同时施加大小均为F与水平方向成角且方向相反的恒力。由于空气阻力的作用,系统最终稳定于某位置,且轻丝线与竖直方向的夹角最大。已知重力加速度为g,求:

(1)力F与水平方向的夹角为多大;

(2)系统稳定后轻丝线AB与竖直方向的夹角及张力大小;

(3)从施加力F开始到系统稳定的整个过程中,系统克服空气阻力做的总功。

【答案】(1)(2)TABmg ,=(3)mgL

【解析】

(1)以小球B为研究对象,其受到重力mg、恒力F和轻丝线的拉力。如图1所示,以矢量mg的箭头为圆心,恒力F为半径作圆,当轻丝线AB与圆相切时,AB与竖直方向的夹角最大,根据数学知识可知

sinβ=

而

F=

解得

β=

(2)以B小球为研究对象,受力分析如图2所示,根据平行四边形定则和平衡知识有

TAB=mg

=

(3)系统从最开始静止到在恒力F作用下达到稳定状态的过程,对系统根据功能关系有

解得

W气=mgL

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