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如图所示,长1米的轻杆BO一端通过光滑铰链铰在竖直墙上,另一端装一轻小光滑滑轮,重力10N的物体通过摆线经滑轮系于墙上A点,平衡时OA恰好水平,现将A点沿着竖直墙向上缓慢移动少许,
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如图所示,长1米的轻杆BO一端通过光滑铰链铰在竖直墙上,另一端装一轻小光滑滑轮,重力10N的物体通过摆线经滑轮系于墙上A点,平衡时OA恰好水平,现将A点沿着竖直墙向上缓慢移动少许,重新平衡后轻杆受到的压力恰好也为10牛,该过程中,外力所做的功至少为(小数点后保留两位)( )
A.0.86焦
B.1.59焦
C.2.07焦
D.2.93焦
A.0.86焦
B.1.59焦
C.2.07焦
D.2.93焦
▼优质解答
答案和解析
因为杆是“轻”的(不计其质量),且杆两端是铰链或光滑滑轮,所以轻杆在O点处的作用力方向必沿杆;即杆会平分两侧绳子间的夹角.
开始时,AO绳子水平,由于各段绳子的拉力大小与物体重力大小相等,所以可知此时杆与竖直方向的夹角是45°;
这时杆中的弹力大小等于滑轮两侧绳子拉力的合力.
当将A点沿竖直墙向上缓慢移动一些距离后,达到新的平衡,由于这时轻杆受到的压力大小等于10N(等于物体重力),说明这时两段绳子夹角为120°(这个可证明的,此处不证).
那么杆与竖直方向的夹角是60°;
设杆的长度是L.
状态1时,AO段绳子长度是 L1=Lsin45°=
L,
滑轮O点到B点的竖直方向距离是h1=Lcos45°=
L,
状态2,杆与竖直方向夹角是60°,杆与这时AO绳子夹角也是60°(∠AOB=60°),即这时三角形AOB是等边三角形.
所以,这时AO段绳子长度是L2=L;
滑轮到B点的竖直距离是h2=Lcos60°=
L,
可见,后面状态与原来状态相比,物体的位置提高的竖直高度是
h=(h2-h1)+(L2-L1)
=(
L-
L)+(L-
L)
=(
-
)L.
由题意可知,该过程中,外力所做的功等于整个系统增加的机械能.
所以所做的功是:W外=Gh=G×(
-
)L=10N×(
-
)×1m≈0.86J.
故选A.
因为杆是“轻”的(不计其质量),且杆两端是铰链或光滑滑轮,所以轻杆在O点处的作用力方向必沿杆;即杆会平分两侧绳子间的夹角.
开始时,AO绳子水平,由于各段绳子的拉力大小与物体重力大小相等,所以可知此时杆与竖直方向的夹角是45°;
这时杆中的弹力大小等于滑轮两侧绳子拉力的合力.
当将A点沿竖直墙向上缓慢移动一些距离后,达到新的平衡,由于这时轻杆受到的压力大小等于10N(等于物体重力),说明这时两段绳子夹角为120°(这个可证明的,此处不证).
那么杆与竖直方向的夹角是60°;
设杆的长度是L.
状态1时,AO段绳子长度是 L1=Lsin45°=
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滑轮O点到B点的竖直方向距离是h1=Lcos45°=
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状态2,杆与竖直方向夹角是60°,杆与这时AO绳子夹角也是60°(∠AOB=60°),即这时三角形AOB是等边三角形.
所以,这时AO段绳子长度是L2=L;
滑轮到B点的竖直距离是h2=Lcos60°=
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可见,后面状态与原来状态相比,物体的位置提高的竖直高度是
h=(h2-h1)+(L2-L1)
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由题意可知,该过程中,外力所做的功等于整个系统增加的机械能.
所以所做的功是:W外=Gh=G×(
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故选A.
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