Question

15．如圖甲所示是一臺(tái)打樁機(jī)的簡(jiǎn)易模型，重錘A在繩拉力F作用下從樁B處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，上升一段高度后撤去F，重錘繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)后自由下落，落回樁處，將樁打入一定深度．已知重錘的質(zhì)量m=42kg，重錘上升過程中，動(dòng)能E_K與上升高度h的關(guān)系圖象如圖乙所示．不計(jì)一切摩擦，g取10m/s²．求：
（1）重錘從最高點(diǎn)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間才撞擊到樁；
（2）繩子有拉力作用時(shí)間內(nèi)，拉力F的平均功率．

Answer 1

分析 （1）重錘從最高點(diǎn)開始自由下落，根據(jù)高度求下落的時(shí)間．
（2）重錘從開始運(yùn)動(dòng)到剛撤去F過程，對(duì)重錘研究，由動(dòng)能定理求出拉力．根據(jù)勻加速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求出平均速度，從而求得拉力F的平均功率．也可以求出拉力做功和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，再求平均功率．

解答 解：（1）重錘自由落體時(shí)間t，則有：
H=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$
得：t=$\sqrt{\frac{2H}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×5}{10}}$s=1s
（2）解法一：
重錘從開始運(yùn)動(dòng)到剛撤去F過程，對(duì)重錘研究，根據(jù)動(dòng)能定理有：
Fh₁-mgh₁=E_k-0
代入數(shù)據(jù)得：F=500N
根據(jù)動(dòng)能定義式有：E_k1=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)得：v₁=4m/s
重錘做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，平均速度為：$\overline{v}$=$\frac{{v}_{1}}{2}$=2m/s
平均功率為：$\overline{P}$=F$\overline{v}$=1000W
解法二：
重錘從開始運(yùn)動(dòng)到剛撤去F過程，對(duì)重錘研究，根據(jù)動(dòng)能定理有：Fh₁-mgh₁=E_k-0
得：F=500N
根據(jù)動(dòng)能定義式：E_k1=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$
得：v₁=4m/s
根據(jù)牛頓第二定律：F-mg=ma
勻變速速度公式：v₁=at
拉力做的功：W=Fh₁；
平均功率定義式：$\overline{P}$=$\frac{W}{t}$
由式聯(lián)立得：$\overline{P}$=$\frac{W}{t}$=1000W
答：（1）重錘從最高點(diǎn)經(jīng)1s時(shí)間才撞擊到樁；
（2）繩子有拉力作用時(shí)間內(nèi)，拉力F的平均功率是1000W．

點(diǎn)評(píng) 本題要分析清楚重錘的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)用牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、功率公式等知識(shí)即可正確解題．要知道求平均速度有兩種方法：$\overline{P}$=$\frac{W}{t}$和$\overline{P}$=F$\overline{v}$．