题目
圆7 如图所示,质量为m的小球用长L的细线-|||-悬挂而静止在竖直位置。用水平拉力F将小球缓慢-|||-地拉到细线与竖直方向成θ角的位置。在此过程中,-|||-拉力F做的功为 ()-|||-L-|||-bigcirc F-|||-A.FLcosθ B.FL sinθ-|||-C.(1-cos theta ) D.(1-cos theta )

题目解答
答案

解析
步骤 1:分析小球的受力情况
小球在被缓慢拉到细线与竖直方向成θ角的位置时,小球处于平衡状态。小球受到重力mg、细线的拉力T和水平拉力F的作用。由于小球被缓慢拉起,可以认为在每个位置上小球都处于静止状态,因此可以使用平衡条件来分析。
步骤 2:确定水平拉力F的大小
在小球被拉到细线与竖直方向成θ角的位置时,水平拉力F与细线的拉力T在水平方向上的分量相等,即 $F = T \sin \theta$。同时,细线的拉力T在竖直方向上的分量与重力mg相等,即 $T \cos \theta = mg$。由此可以得到 $T = \frac{mg}{\cos \theta}$,进而得到 $F = mg \tan \theta$。
步骤 3:计算拉力F做的功
由于拉力F是变力,不能直接用 $W = Fd$ 来计算。但是,可以使用动能定理来求解。在这个过程中,小球的动能没有变化,因此拉力F做的功等于克服重力做的功。即 $W_F = mgL(1 - \cos \theta)$。
小球在被缓慢拉到细线与竖直方向成θ角的位置时,小球处于平衡状态。小球受到重力mg、细线的拉力T和水平拉力F的作用。由于小球被缓慢拉起,可以认为在每个位置上小球都处于静止状态,因此可以使用平衡条件来分析。
步骤 2:确定水平拉力F的大小
在小球被拉到细线与竖直方向成θ角的位置时,水平拉力F与细线的拉力T在水平方向上的分量相等,即 $F = T \sin \theta$。同时,细线的拉力T在竖直方向上的分量与重力mg相等,即 $T \cos \theta = mg$。由此可以得到 $T = \frac{mg}{\cos \theta}$,进而得到 $F = mg \tan \theta$。
步骤 3:计算拉力F做的功
由于拉力F是变力,不能直接用 $W = Fd$ 来计算。但是,可以使用动能定理来求解。在这个过程中,小球的动能没有变化,因此拉力F做的功等于克服重力做的功。即 $W_F = mgL(1 - \cos \theta)$。