如图所示,人用绳子通过定滑轮以不变的速度拉水平面上的物体A,

如图所示,人用绳子通过定滑轮以不变的速度拉水平面上的物体A,当绳与水平方向成θ角时,求物体A的速度。

答案


解析:

解法一(分解法):本题的关键是正确地确定物体A的两个分运动。物体A的运动(即绳的末端的运动)可看作两个分运动的合成:一是沿绳的方向被牵引,绳长缩短。绳长缩短的速度即等于;二是随着绳以定滑轮为圆心的摆动,它不改变绳长,只改变角度θ的值。这样就可以将按图示方向进行分解。所以实际上就是的两个分速度,如图所示,由此可得

解法二(微元法):要求船在该位置的速率即为瞬时速率,需从该时刻起取一小段时间来求它的平均速率,当这一小段时间趋于零时,该平均速率就为所求速率。

设船在θ角位置经△t时间向左行驶△x距离,滑轮右侧的绳长缩短△L,如图所示,当绳与水平方向的角度变化很小时,△ABC可近似看做是一直角三角形,因而有,两边同除以△t得:

即收绳速率,因此船的速率为:

总结:“微元法”。可设想物体发生一个微小位移,分析由此而引起的牵连物体运动的位移是怎样的,得出位移分解的图示,再从中找到对应的速度分解的图示,进而求出牵连物体间速度大小的关系。

解法三(能量转化法):由题意可知:人对绳子做功等于绳子对物体所做的功。人对绳子的拉力为F,则对绳子做功的功率为;绳子对物体的拉力,由定滑轮的特点可知,拉力大小也为F,则绳子对物体做功的功率为,因为所以

评点:①在上述问题中,若不对物体A的运动认真分析,就很容易得出的错误结果;②当物体A向左移动,θ将逐渐变大,逐渐变大,虽然人做匀速运动,但物体A却在做变速运动。

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