如图所示,某人通过一根跨过定滑轮的轻绳提升一个质量为m的重物,开始时人在滑轮的正下方,绳下端A点离滑轮的距离为H.人由静止拉着绳向右移动,当绳下端到B点位置时,人的速度为v,绳与水平面夹角为θ.问在这个过程中,人对重物做了多少功?
问题描述:
如图所示,某人通过一根跨过定滑轮的轻绳提升一个质量为m的重物,开始时人在滑轮的正下方,绳下端A点离滑轮的距离为H.人由静止拉着绳向右移动,当绳下端到B点位置时,人的速度为v,绳与水平面夹角为θ.问在这个过程中,人对重物做了多少功?
答
人移动时对绳的拉力不是恒力,重物不是做匀速运动也不是做匀变速运动,故无法用W=Fscosθ求对重物做的功,需从动能定理的角度来分析求解.
当绳下端由A点移到B点时,重物上升的高度为:h=
−H=H sinθ
H(1−sinθ) sinθ
重力做功的数值为:WG=
mgH(1−sinθ) sinθ
当绳在B点实际水平速度为v时,v可以分解为沿绳斜向下的分速度v1和绕定滑轮逆时针转动的分速度v2,其中沿绳斜向下的分速度v1和重物上升速度的大小是一致的,
从图中可看出:v1=vcosθ
以重物为研究对象,根据动能定理得:W人−WG=
m1 2
−0
v
2
1
解得:W人=
+mgH(1−sinθ) sinθ
mv2cos2θ 2
答:在这个过程中,人对重物做的功为
+mgH(1−sinθ) sinθ
.mv2cos2θ 2
答案解析:将人的速度方向沿着平行绳子方向和垂直绳子方向正交分解,求解出拉绳子的速度;人对重物做的功等于掌握机械能的增加量.
考试点:动能定理的应用.
知识点:本题中拉力是变力,关键根据运动的合成与分解知识求解出重物的速度,然后根据动能定理列式求解拉力的功.