如图所示,轻质长绳水平地跨在相距2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等,在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F=mg.先托住物块,

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,轻质长绳水平地跨在相距2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等,在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F=mg.先托住物块,使绳处于水平拉直状态,静止释放物块,在物块下落过程中,保持C、D两端的拉力F不变.
(1)当物块下落距离h为多大时,物块的加速度为零.
(2)求物块下落过程中的最大速度vm
(3)求物块下落过程中的最大距离H.
魔方格

◎ 答案

(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:

魔方格

2Fcosθ=mg    
2θ=120°,所以θ=60°,
由图知:h=Ltan30°=

3
3
L ①
(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

克服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
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
2
m
v2m
  ④
将①②③式代入④式解得:vm=(

3
-1)

gl

(3)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
3
l.
答:(1)当物块下落距离h为
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