如图所示,质量为M=9.99kg的沙箱,用长度为L=0.80m的轻绳悬挂在无摩擦的转轴O上,质量为m=0.01kg的子弹

1个回答

  • 解题思路:(1)由机械能守恒定律求出沙箱的速度,由牛顿第二定律求出绳子拉力.(2)由机械能守恒定律求出沙箱的速度,由功率公式求出功率,然后应用数学知识求出功率的最大值.

    (1)子弹射入沙箱有机械能损失,射入后上摆过程中只有重力做功,系统机械能守恒,设子弹射入后的共同速度为v,

    沙箱上升过程,由机械能守恒定律得:[1/2(m+M)v2=(m+M)gL,解得:v=4m/s,

    在最低点,由牛顿第二定律得:T−(m+M)g=(m+M)

    v2

    L],解得:T=300N;

    (2)在最高点速度为零,在最低点速度与重力垂直,在这两个位置,重力功率均为零,

    从最高点到最低点过程中,重力功率先增大后减小,设下摆到绳与水平方向为θ时重力功率最大,

    在整个过程中,只有重力做功,机械能守恒,由机械能守恒定律得:(m+M)gLsinθ=[1/2](m+M)v2-0,

    解得:v=

    2gLsinθ,重力的功率:PG=(m+M)gvcosθ=(m+M)g

    2gLsinθcosθ,

    设y=sinθcos2θ,则y2=sin2θcos2θcos2θ•[2/2],

    由于2sin2θ+cos2θ+cos2θ=2,则当2sin2θ=cos2θ时,y最大,

    由于[a+b+c/3]≥

    3abc

    ,解得:y=

    2

    3

    9,

    则:PGmax=(m+M)g

    2gL

    2

    3

    9=

    400

    3

    2

    3W≈248W;

    答:(1)沙箱重新摆到最低点时悬绳拉力的大小为300N.

    (2)沙箱从最高点重新摆到最低点的过程中重力的最大功率为248W.

    点评:

    本题考点: 动量守恒定律;向心力;机械能守恒定律.

    考点点评: 本题考查了求绳子拉力、重力的最大功率问题,应用机械能守恒定律与功率公式即可正确解题,应用数学知识求极值是本题的难点,也是正确解题的关键.