如图所示,在距水平地面高为0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,杆上P处固定一定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右边,杆上套一质量m=3kg的滑块A.半径R=0.3m的光滑

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 功能关系/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,在距水平地面高为0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,杆上P处固定一定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右边,杆上套一质量m=3kg的滑块A.半径R=0.3m的光滑半圆形轨道竖直地固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,在轨道上套有一质量m=3kg的小球B.用一条不可伸长的柔软细绳,通过定滑轮将两小球连接起来.杆和半圆形轨道在同一竖直面内,滑块和小球均可看作质点,且不计滑轮大小的影响.现给滑块A施加一个水平向右、大小为60N的恒力F,则:
(1)求把小球B从地面拉到半圆形轨道顶点C的过程中力F做的功.
(2)求小球B运动到C处时所受的向心力的大小.
(3)问小球B被拉到离地多高时滑块A与小球B的速度大小相等?
魔方格

◎ 答案

(1)
魔方格
对于F的做功过程,由几何知识有
 
.
PB
=

.
PO
2
+R2
=

0.42+0.32
=0.5m

 
.
PC
=
.
PO
-R=0.4-0.3=0.1m

则力F做的功W=F?(
.
PB
-
.
PC
)

所以,W=60×(0.5-0.1)=24J.
(2)由于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,
考察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
mv2+mgR

代入已知量,得 24=
1
2
×3×v2+3×10×0.3

解得v=

10
m/s

因为向心力公式为F=m
v2
R

所以,代入已知量,得F=3×

10
2
0.3
=100N

(3)当绳与轨道相切时两球速度相等,
由相似三角形知识,得
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