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山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤...

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問題詳情:

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中ABCD均爲石頭的邊緣點,O爲青藤的固定點,F爲青藤延長線與地面的交點。h1=1.8m,h2=4.0m,x1=4.8m,x2=6.0m,l=10.0m。開始時,質量分別爲M=10kg和m=2kg的大、小兩隻金絲猴分別位於左邊和中間的石頭上,當大猴發現小猴將受到傷害時,迅速從左邊石頭的A點水平跳至中間石頭。大猴抱起小猴跑到C點,縱身一躍,恰好在最高點抓住青藤下端,然後盪到右邊石頭上的D點,此時速度恰好爲零。運動過程中猴子均可看成質點,空氣阻力不計,猴子抓住青藤前後沒有機械能損失,重力加速度g=10m/s2。求:

(1)大猴從A點水平跳離時速度的最小值;

(2)大猴抱起小猴跑到C點縱身跳起時速度;

(3)猴子抓住青藤蕩起時,青藤受到的拉力大小。

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤...

【回答】

(1)設猴子從A點水平跳離時速度的最小值爲vmin,根據平拋運動規律,有

                                                h1=山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第2張gt2                       (1分)

                                                  x1=vmint                 (1分)

聯立兩式,得

                                                  vmin=8m/s                 (2分)

(2)大猴抱起小猴跑到C點縱身跳起後做拋體運動,在最高點抓住青藤後做圓周運動恰好盪到D點,可將該過程逆過來分析,猴子從D點由靜止開始做圓周運動到最低點,然後做平拋運動到C點。

由幾何關係知猴子做圓周運動下降了:

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第3張       (1分)

設圓周運動到達最低點時的速度爲vx,由動能定理得:

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第4張 

得:

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第5張    (2分)

之後以此速度做平拋運動至C點。

設落到C點時沿豎直方向的分速度爲vy,由動能定理得:

山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第6張

得:                      山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第7張    (2分)

故落到C點的合速度大小爲:山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第8張,即爲所求速度大小。(1分)

方向與水平成45°斜向右上方。  (1分)

說明:直接從D點到C點應用機械能守恆定律來處理的同樣給分。

(3)設拉力爲FT,在最低點,對猴子由牛頓第二定律得

                                                  FT-(M+m)g=(M+m)山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第9張     (2分)

代入數據可得:                  FT=(M+m)g+(M+m) 山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的、長爲l的輕質青藤,其示意圖如下。圖中A、B、C、D均爲石頭的邊緣點,O爲青藤... 第10張=168N     (2分)

    由牛頓第三定律可知,青藤受到的拉力大小爲168N。   (1分)

知識點:專題四 功和能

題型:綜合題

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