高一物理力学典型例题.doc

高中物理力学典型例题
1、如图1-1所示,长为5米的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4米的两杆顶端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩。它钩着一个重为12牛的物体。平衡时,绳中张力T=____
分析与解:本题为三力平衡问题。其基本思路为:选对象、分析力、画力图、列方程。对平衡问题,根据题目所给条件,往往可采用不同的方法,如正交分解法、相似三角形等。所以,本题有多种解法。
解法一:选挂钩为研究对象,其受力如图1-2所示,设细绳与水平夹角为α,由平衡条件可知:2TSinα=F,其中F=12牛,将绳延长,由图中几何条件得:Sinα=3/5,则代入上式可得T=10牛。
解法二:挂钩受三个力,由平衡条件可知:两个拉力(大小相等均为T)的合力F’与F大小相等方向相反。以两个拉力为邻边所作的平行四边形为菱形。如图1-2所示,其中力的三角形△OEG与△ADC相似,则: 得:牛。
  想一想:若将右端绳A 沿杆适当下移些,细绳上张力是否变化?
(提示:挂钩在细绳上移到一个新位置,挂钩两边细绳与水平方向夹角仍相等,细绳的张力仍不变。)
2、如图2-1所示,轻质长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,由静止释放物块,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)在物块下落上述距离的过程中,克服C端恒力F做功W为多少?
(3)求物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H?
分析与解: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,物块所受合力逐渐减小,向下加速度逐渐减小。当物块的合外力为零时,速度达到最大值。之后,因为两绳间夹角继续减小,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)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恒等于mg,所以绳对物块拉力大小恒为mg,由平衡条件知:2θ=120°,所以θ=60°,由图2-2知:
h=L*tg30°= L                                          [1]
(2)当物块下落h时,绳的C、D端均上升h’,由几何关系可得:h’=-L [2]
克服C端恒力F做的功为:W=F*h’                                    [3]
 由[1]、[2]、[3]式联立解得:W=(-1)mgL
(3)出物块下落过程中,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=                    [4]