如圖甲所示,某同學用輕繩通過定滑輪提升一重物,運用傳感器(未在圖中畫出)測得此過程中不同時刻對輕繩的拉力F與被提升重物的速度v,并描繪出F-
圖象.假設(shè)某次實驗所得的圖象如圖乙所示,其中線段AB與
軸平行,它反映了被提升重物在第一個時間段內(nèi)F和
的關(guān)系;線段BC的延長線過原點(C點為實線與虛線的分界點),它反映了被提升重物在第二個時間段內(nèi)F和
的關(guān)系;第三個時間段內(nèi)拉力F和速度v均為C點所對應(yīng)的大小保持不變,因此圖象上沒有反映.實驗中還測得重物由靜止開始經(jīng)過t=1.4s,速度增加到v
C=3.0m/s,此后物體做勻速運動.取重力加速度g=10m/s
2,繩重及一切摩擦和阻力均可忽略不計.
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/9358d109b3de9c8291dca80d6f81800a18d843f2.jpg)
(1)在提升重物的過程中,除了重物的質(zhì)量和所受重力保持不變以外,在第一時間段內(nèi)和第二時間段內(nèi)還各有一些物理量的值保持不變.請分別指出第一時間段內(nèi)和第二時間內(nèi)所有其他保持不變的物理量,并求出它們的大?。?br>(2)求被提升重物在第一時間段內(nèi)和第二時間段內(nèi)通過的總路程.
(1)由v-
圖象可知,第一個時間段內(nèi)重物所受拉力保持不變,且F
1=6.0 N
根據(jù)牛頓第二定律有F
1-G=ma
重物速度達到v
C=3.0 m/s時,受平衡力,即G=F
2=4.0 N.
由此解得重物的質(zhì)量m=
=═0.40 kg
聯(lián)立解得:a=5.0 m/s
2在第二段時間內(nèi),拉力的功率保持不變,有:P=Fv=
W=12 W.
(2)設(shè)第一段時間為t
1,重物在這段時間內(nèi)的位移為x
1,則
t
1=
==0.40s,
x
1=
at
12=0.40 m
設(shè)第二段時間為t
2,t
2=t-t
1=1.0 s
重物在t
2這段時間內(nèi)的位移為x
2,根據(jù)動能定理有
Pt
2-Gx
2=
mv
C2-
mv
B2 解得x
2=2.75 m
則第二段重物上升的路程2.75m
x=x
1+x
2=0.4+2.75=3.15m
答:(1)第一個時間段內(nèi)重物的加速度保持不變?yōu)?.0 m/s
2;第二個時間段內(nèi)牽引力的功率保持不變?yōu)?2W;
(2)被提升重物在第一時間段內(nèi)和第二時間段內(nèi)通過的總路程為3.15m.