Question

9．如圖所示，輕桿O處為固定鉸鏈，測得桿長臂的長度L₁=4.8m，短臂的長度為L₂=0.8m．初始時桿與水平面間的夾角α=30°．現(xiàn)將質量M=10kg的石塊裝在長臂末端的開口輕籮筐中，為使石塊能離開地面，則對短臂施加的最小力為$300\sqrt{3}$N．現(xiàn)對短臂施力，能使石塊升高并得速度，當長臂轉到豎直位置時使桿立即停止轉動，石塊水平射程為s=19.2m．則人做功的最小值W=2000J．（不計空氣阻力，重力加速度取g=10m/s²）

Answer 1

分析 根據(jù)力矩平衡條件可知當力與桿垂直時，需要的力最小，由力矩平衡列式即可求得最小力；根據(jù)平拋運動規(guī)律可求得拋出時的速度，再由動能定理可求得功．

解答 解：根據(jù)力矩平衡可知，F(xiàn)L₂=mgcos30°L₁
解得：F=$300\sqrt{3}$N；
石塊平拋運動的高度h=L₁+L₁sin30°=4.8+4.8×0.5=7.2m．
根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt²得，t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×7.2}{10}}$s=1.2s
則石塊拋出時的速度大小v₀=$\frac{s}{t}$=$\frac{19.2}{1.2}$m/s=16m/s．
長臂從開始位置到豎直位置的整個過程中，根據(jù)動能定理得：
W-mgh=$\frac{1}{2}$mv₀²；
代入解得：W=10×10×7.2+$\frac{1}{2}$×10×16²J=2000J； 
故答案為：300$\sqrt{3}$   2000

點評 本題是動能定理與平拋運動的綜合應用，平拋運動采用運動的合成和分解的方法研究，運用動能定理求變力做功，都是經(jīng)常運用的方法．