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小明跟着爸爸荡秋千的情景如图所示.设摆绳长为3m,悬点在横梁上,小明连同底板质量...

小明跟着爸爸荡秋千的情景如图所示.设摆绳长为3m,悬点在横梁上,小明连同底板质量共为60kg.开始时小明在爸爸的外力作用下使摆绳与竖直方向成37°角处于静止状态.某时刻爸爸放手让秋千由静止开始摆动,假设摆动过程中,小明与底板始终没有相对运动.当他运动到最低点时摆线拉力共为780N.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)小明爸爸施加的最小外力;
(2)取悬点处为零势能参考平面,放手前小明及底板的重力势能;
(3)通过计算说明秋千第一次摆到另一侧的最大偏角与37°的关系.

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(1)当小明爸爸施加的最小外力方向与摆绳垂直时,外力最小.根据平衡条件求解最小的外力. (2)取悬点处为零势能参考平面,确定出放手前小明及底板到悬点的高度,由于放手前小明及底板在悬点的下方,其重力势能为负值. (3)根据小明运动到最低点时摆线拉力共为780N,由牛顿第二定律小明经过最低点时的速度,分析在这个过程中有无空气阻力.若存在阻力,小明在向下摆动过程中机械能减少,秋千第一次摆到另一侧的最大偏角将小于37°. 【解析】 (1)如图所示,当外力与摆绳垂直时最小.Fmin=mgsin37°=360N (2)Ep=-mglcos37°=-1440J (3)设小明第一次向下摆动过程中,动能的变化量为△EK,重力势能的变化量为△EGP 小明在最低点时,由牛顿第二定律得:     解得υ=3m/s 经过最低点,小明与底板的动能为 小明与底板重力势能的减小量为△EGp=360J,则有△EGP>△EK 说明小明在向下摆动过程中机械能减少,秋千第一次摆到另一侧的最大偏角小于37°. 答: (1)小明爸爸施加的最小外力是360N; (2)取悬点处为零势能参考平面,放手前小明及底板的重力势能是-1440J; (3)秋千第一次摆到另一侧的最大偏角小于37°.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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