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.