如图所示,轻绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等,在轻绳

如图所示,轻绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等,在轻绳的C、D两端分别施加竖直向下的恒力F=mg,先托住物块,使绳子处于水平拉直状态,无初速度地释放物块,在它下落的过程中,保持C、D两端的拉力F不变,不计摩擦.
求(1)当物块下落多大距离时,其加速度为零?
(2)在第(1)的过程中,C端的恒力F做的功多大?
(3)物块下落的最大速度及最大距离各是多大?
紫琪点点 1年前 已收到1个回答 举报

pc_killer 幼苗

共回答了18个问题采纳率:94.4% 举报

解题思路:由静止释放后,由于绳OC和绳OB对物块的合力小于重力,所以物块向下先作加速运动,随着物块的下落,两绳间的夹角逐渐减小.因为绳子对物块的拉力大小不变,恒等于F,所以随着两绳间的夹角减小,两绳对物块拉力的合力将逐渐增大,物块所受的合力逐渐减小,向下加速度逐渐减小.当物两绳的合力等于物块的重力时,即块的合外力为零时,速度达到最大值vm.故加速度为零时重力等于两绳的合力.之后,因为两绳间夹角继续减小,两绳合力大于物块的重力,物块所受合外力竖直向上,且逐渐增大,物块将作加速度逐渐增大的减速运动.当物块下降速度减为零时,物块竖直下落的距离达到最大值H.当物块的加速度为零时,由共点力平衡条件可求出相应的θ角,再由θ角求出相应的距离h,进而求出克服C端恒力F所做的功.对物块运用动能定理可求出物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H.
(1)故加速度为零时应有重力等于两绳的合力.
(2)由加速度为零时下落的高度h,可以由几何关系解出C点向上运动的距离,从而可以求出F做的功WF
(3)由于下落h时速度为vm,故由动能定理即可求出vm;物块速度为零时下落距离为H,由动能定理求解H.

(1)当物块所受的合外力为零时,加速度为零,此时物块下降距离为h.因为F恒定,所以两绳对物块拉力大小分别为F,两绳与竖直方向夹角均为θ,由平衡条件知:
2Fcosθ=mg2θ=120°,所以θ=60°,
由图知:h=Ltan30°=

3
3L①
(2)物块下落h时,绳的C、D端均上升h′由几何关系可得:h′=
L2+h2−L ②
C端恒力F做的功为:W=-Fh′③
由①②③式联立解得:W=-(
2
3
3−1)mgL.
(3)在物块下落过程中,共有三个力对物块做功.重力做正功,两端绳子对物块的拉力做负功.两端绳子拉力做的功就等于作用在C、D端的恒力F所做的功.因为物块下降距离h时动能最大.由动能定理得:mgh-2W=
1
2mvm2 ④
将①②③式代入④式解得:vm=
2(2−
3)gL
当物块速度减小为零时,物块下落距离达到最大值H,绳C、D上升的距离为H′.由动能定理得:
mgH-2mgH′=0,又H′=
H2+L2−L,
联立解得H=
4
3L.
答:(1)当物块下落距离h为

点评:
本题考点: 牛顿第二定律.

考点点评: 本题是连接体问题,根据牛顿第二定律研究加速度为零时的条件,由系统机械能守恒研究物块下降的最大距离,同时要合理运用几何关系辅助求解.

1年前

6
可能相似的问题
Copyright © 2024 YULUCN.COM - 雨露学习互助 - 16 q. 0.029 s. - webmaster@yulucn.com