题目内容
(10分)特种兵过山谷的一种方法可简化为图示情景,将一根长为2d的不可伸长的细绳两端固定在相距为d的A、B两等高点,绳上挂一小滑轮P,战士们相互配合,沿着绳子滑到对面,如图所示,战士甲水平拉住滑轮,质量为m的战士乙吊在滑轮上,脚离地,处于静止状态,此时AP竖直,然后战士甲将滑轮从静止状态释放,若不计滑轮摩擦及空气阻力,也不计绳与滑轮的质量,求:
(1)战士甲释放前对滑轮的水平拉力F:
(2)战士乙滑动过程中的最大速率。(可用根号表示)
解析:(1)设战士乙静止时AP间距离为h,如图(a)所示,则由几何关系得:d2+h2=(2d-h)2
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解得h=
d (2分)
对滑轮进行受力分析如图(b)所示,则有
T+Tcosθ=mg (1分)
Tsinθ=F (1分)
解得F=
mg (1分)
(2)战士乙在滑动过程中机械能守恒,滑到绳的中点时位置最低,速度最大,此时APB三点构成一正三角形。(1分)
P与AB的距离为h´=dcos30º=
d (1分)
由机械能守恒有mg(h´- h)=
m
m2 (2分)
解得
m=
(1分)
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