题目
如图所示,车间内的天车(有的地区叫行车)将一重为104N的物体沿着与水平方向成30°角的方向匀速吊起,使物体向斜上方移动了x1=6m,则天车钢绳对物体的拉力做了多少功?如果又使物体水平移动了x2=8m,这个过程中天车钢绳的拉力又做了多少功?30°
如图所示,车间内的天车(有的地区叫行车)将一重为104N的物体沿着与水平方向成30°角的方向匀速吊起,使物体向斜上方移动了x1=6m,则天车钢绳对物体的拉力做了多少功?如果又使物体水平移动了x2=8m,这个过程中天车钢绳的拉力又做了多少功?
题目解答
答案
解:物体做匀速直线运动,则钢绳对物体的拉力F=mg,方向竖直向上,
当物体沿着与水平方向成30°角的直线上升时,拉力F与位移的夹角α=60°,
则W=Fx1cosα=104×6×cos60°J=3×104J,
当物体又沿水平方向移动时,拉力F与位移x2的夹角θ=90°,则拉力做功为0。
答:天车钢绳对物体的拉力做了3×104J的功;
如果又使物体水平移动了x2=8m,这个过程中天车钢绳的拉力做功为0。
解析
考查要点:本题主要考查功的计算公式$W = F s \cos\theta$的应用,其中$\theta$为力与位移方向的夹角。关键在于正确判断不同运动过程中拉力方向与位移方向的夹角。
解题核心思路:
- 确定拉力大小:物体匀速运动,拉力$F$等于物体的重力$mg$。
- 分析位移方向与拉力方向的夹角:
- 斜向上移动时,位移方向与水平成$30^\circ$,拉力竖直向上,夹角为$60^\circ$;
- 水平移动时,拉力方向与位移方向垂直,夹角为$90^\circ$。
- 代入公式计算功:根据$\cos\theta$的值分段计算。
斜向上移动$x_1 = 6\ \text{m}$的过程
确定拉力方向与位移方向的夹角
- 位移方向与水平成$30^\circ$,与竖直方向的夹角为$90^\circ - 30^\circ = 60^\circ$;
- 拉力方向竖直向上,因此夹角$\alpha = 60^\circ$。
计算功
$W_1 = F x_1 \cos\alpha = 10^4 \cdot 6 \cdot \cos60^\circ = 10^4 \cdot 6 \cdot 0.5 = 3 \times 10^4\ \text{J}$
水平移动$x_2 = 8\ \text{m}$的过程
确定拉力方向与位移方向的夹角
- 拉力方向竖直向上,位移方向水平,夹角$\theta = 90^\circ$。
计算功
$W_2 = F x_2 \cos\theta = 10^4 \cdot 8 \cdot \cos90^\circ = 10^4 \cdot 8 \cdot 0 = 0\ \text{J}$