如图所示,若斜面的长L与斜面高H的比值为2,整个机械的效率为60%,使用该机械将重物沿斜面缓慢拉升高度h的过程中,则:
(1)作用力F与重物所受重力G大小之比是多少?
(2)当重物沿斜面缓慢拉升高度h时,拉重物的轻绳突然断裂,重物冲向斜面底端的轻弹簧,则接触弹簧后,重物是加速还是减速?请说明理由。
(3)在重物压缩轻弹簀的过程中,重物的机械能如何变化?请说明理由。
(4)在重物压缩轻弹簧并最终反向运动的过程中,重物在最低点时是不是处于平衡状态?请说明理由。
(5)当重物压缩轻弹簧后向上运动,重物能不能返回原来的位置?请说明理由。
(6)当重物最终静止时,请画出此时物体的受力分析图。
解析:
(1)根据题意,可知当重物竖直上升h,在斜面上运动s=2h,所以绳子自由端运动的距离为:
sF=4h,所以
W总=FsF=F×4h=4Fh;
机械对重物做的有用功为:
W有=Gh;
所以根据机械效率公式:
,解得
F:G=5:12;
(2)重物在刚刚接触弹簧时,弹力几乎为零,重物受到的斜向下的力大于斜向上的力,所以重物做加速运动;
(3)重物压缩弹簧,重物的机械能部分转换为弹簧的弹性势能,由于重物与斜面之间存在摩擦力,重物的机械能部分转换为重物和斜面的内能,所以重物的机械能减小;
(4)重物在最低点时,速度为零,但是下一刻就开始向斜上方运动,所以重物既不是静止状态,也不是匀速直线运动状态,重物受力不平衡;
(5)重物在运动过程中,会与斜面发生摩擦,导致重物的机械能部分转换为重物和斜面的内能,导致重物的机械能减小,所以当重物压缩轻弹簧后向上运动,重物不能返回原来的位置;
(6)重物最终静止时受竖直向下的重力、垂直斜面斜向上的支持力、沿斜面向上的弹力,如图:
故
(1)作用力F与重物所受重力G大小之比是5:12;
(2)当重物沿斜面缓慢拉升高度h时,拉重物的轻绳突然断裂,重物冲向斜面底端的轻弹簧,则接触弹簧后,重物是加速。理由:重物在刚刚接触弹簧时,弹力几乎为零,重物受到的斜向下的力大于斜向上的力;
(3)在重物压缩轻弹簀的过程中,重物的机械能减小。理由:重物压缩弹簧,重物的机械能部分转换为弹簧的弹性势能,由于重物与斜面之间存在摩擦力,重物的机械能部分转换为重物和斜面的内能;
(4)在重物压缩轻弹簧并最终反向运动的过程中,重物在最低点时不是处于平衡状态。理由:重物在最低点时,速度为零,但是下一刻就开始向斜上方运动,所以重物既不是静止状态,也不是匀速直线运动状态所以重物受力不平衡;
(5)当重物压缩轻弹簧后向上运动,重物不能返回原来的位置。理由重物在运动过程中,会与斜面发生摩擦,导致重物的机械能部分转换为重物和斜面的内能,导致重物的机械能减小;
(6)当重物最终静止时,此时物体的受力分析如图。
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