如图甲所示,物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接。物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上,小球与右侧滑轮的距离为。开始时物块和小球均静止,将此时传感装置的示数记为初始值。现给小球施加一始终垂直于段细绳的力,将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60o角,如图乙所示,此时传感装置的示数为初始值的1.25倍;再将小球由静止释放,当运动至最低位置时,传感装置的示数为初始值的0.6倍.不计滑轮的大小和摩擦,重力加速度的大小为g。求:
28.物块的质量;
29.从释放到运动至最低位置的过程中,小球克服空气阻力所做的功。
M=3m
设开始时细绳的拉力大小为,传感装置的初始值为,物块质量为M,由平衡条件得
对小球,=mg ①
对物块,+=Mg ②
当细绳与竖直方向的夹角为时,设细绳的拉力大小为,传感装置的示数为,据题意可知,
=1.25,由平衡条件得
对小球,= ③
对物块,+=Mg ④
联立①②③④式,代入数据得
M=3m ⑤
由平衡条件分别对小球和物块列方程分析求解。
解方程组时要细心、认真。
=0.1
设小球运动至最低位置时速度的大小为v,从释放到运动至最低位置的过程中,小球克服阻力所做的功为,有动能定理得
⑥
在最低位置,设细绳的拉力大小为,传感装置的示数为,据题意可知,
=0.6,对小球,由牛顿第二定律得
-mg= ⑦
对物块,由平衡条件得
+= Mg ⑧
联立①②⑤⑥⑦⑧式,代入数据得
=0.1 ⑨
先对物块由平衡条件求出拉力T,然后对小球由合力提供向心力求出速度v,最后又动能定理求出小球克服空气阻力所做的功。
小球克服阻力所做的功为为变力做功,要用动能定理求解。