题目内容

如图所示,距水平地面高为h=0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,杆上P点固定一可绕水平轴无摩擦转动且不计大小的定滑轮,一半径R=0.3m的光滑半圆形细轨道,竖直地固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,杆和半圆形轨道在同一竖直面内,杆上套有一质量m=2kg小球A,半圆形轨道上套有一质量也为m=2kg的小球B,两球用一条不可伸长的轻绳通过定滑轮连接,且均可看作质点,现给小球A施加一个水平向右的恒力F=55N,g取10m/s2.求:
(1)把小球B从地面拉到P点正下方C点过程中,力F做的功;
(2)小球B运动到C处时的速度大小;
(3)小球B被拉到离地多高时与小球A速度大小相等.
分析:(1)根据几何知识求出滑块移动的位移大小,再求解力F做的功.
(2)当B球到达C处时,滑块A的速度为零,力F做的功等于AB组成的系统机械能的增加,根据功能关系列方程求解小球B运动到C处时的速度大小v1.
(3)当绳与轨道相切时两球速度相等,小滑块A与小球B的速度大小相等,由几何知识求出小球B上升的高度,再由功能关系求出速度v2.
解答:解:(1)由几何知识得,PB=
h2+R2
=0.5m,PC=h-R=0.1m.
F做的功为W=F(PB-PC)=55×(0.5-0.1)=22J.
(2)当B球到达C处时,已无沿绳的分速度,所以此时滑块A的速度为零.对两球及绳子组成的系统的能量变化过程,由功能关系,得W=
1
2
mv12+mgR
  代入解得v1=4m/s
(3)当绳与轨道相切时两球速度相等,由相似三角形知识,得:
PO
R
=
R
h
所以,h=0.3×
0.3
0.4
m=0.225m.
答:
(1)把小球B从地面拉到半圆形轨道顶点C的过程中力F做的功为24J.
(2)小球B运动到C处时的速度大小v1=3.16m/s.
(3)小球B被拉到离地0.225m高时滑块A与小球B的速度大小相等
点评:本题连接体问题,从功能关系研究物体的速度与高度,关键分析两物体之间的关系和运用几何知识研究物体的位移,注意分析B球到达最高点时A球速度为零
练习册系列答案
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