Question

如圖所示，一根輕繩上端固定在O點(diǎn)、下端栓一個(gè)重為G的鋼球A，O點(diǎn)到球心的距離為l，開始時(shí)球懸垂靜止．現(xiàn)對(duì)球施加一個(gè)方向始終水平向右的力F，使球緩慢偏移，移動(dòng)過程的每一時(shí)刻都可認(rèn)為球處于平衡狀態(tài)，F(xiàn)從開始至增大到2G過程中
（1）求輕繩張力T的大小范圍．
（2）求力F做功為多少？

Answer 1

解：（1）球懸垂靜止時(shí)，輕繩的張力最小，最小值為T_min=G；
設(shè)F增大到2G時(shí)，輕繩與豎直方向的夾角為α，如圖，根據(jù)平衡條件得：
輕繩張力的最大值為T_max==G
故輕繩張力T的大小范圍為G≤T≤G．
（2）則tanα==2
由數(shù)學(xué)知識(shí)得 cosα=
F從開始增大到2G的過程中，由動(dòng)能定理得：
W-Gl（1-cosα）=0
則得F與T的合力做功大小為：W=Gl（1-cosα）=Gl（）
答：
（1）輕繩張力T的大小范圍為．
（2）力F做功為為．
分析：（1）F從開始增大到2G的過程中，輕繩張力T逐漸增大，當(dāng)球懸垂靜止時(shí)，輕繩的張力最��；當(dāng)F增大到2G時(shí)，張力最大，分析小球的受力，根據(jù)平衡條件求解張力的最小值和最大值，得到范圍．
（2）根據(jù)動(dòng)能定理列式求力F做功，并根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)求出α角．
點(diǎn)評(píng)：本題是動(dòng)態(tài)平衡問題，運(yùn)用平衡條件求解張力．由于T和F的合力是變力，應(yīng)選擇動(dòng)能定理求做功．