Question

2．風力是指風吹到物體上所表現出的力量的大小．小明同學設計了如圖的裝置研究風力的大小，一根輕桿一端固定一個小球，另一端固定于O點，輕桿能夠繞O點轉動，用電風扇水平送風吹動小球時，輕桿將轉過一定的角度，與豎直方向成一個夾角θ，小球的重力為2N，輕桿的長度為0.5m，忽略小球的體積對本題的影響，回答下列問題：
（1）當水平風力增大時，角θ將變大．（填“變大”或“變小”）
（2）當θ角為45°時，水平風力大小為2N；
（3）當風力將小球從豎直位置吹至θ=60°時，風力對小球至少做功0.5J．

Answer 1

分析 （1）力可以改變物體的運動狀態(tài)；
（2）對小球受力分析，受重力、拉力和風力處于平衡，根據共點力平衡求出風對小球的作用力和繩子的拉力．
（3）當小球從豎直位置吹至θ=60°時，風力做功，轉化為重力勢能，利用W=mgh可求得風力對小球做功．

解答 解：（1）已知用電風扇水平送風吹動小球時，輕桿將轉過一定的角度，與豎直方向成一個夾角θ，由圖可知，當水平風力增大時，角θ將變大；
（2）根據共點力平衡得，風對小球的作用力F=mgtan45°=2×1N=2N．
（3）當風力將小球從豎直位置吹至θ=60°時，如圖所示：

此時OD=$\frac{1}{2}$OC=$\frac{1}{2}$×0.5m=0.25m，
風力做功，轉化為重力勢能：W=mgh=G×OD=2N×0.25m=0.5J．
故答案為：（1）變大；（2）2；（3）0.5．

點評 解決本題的關鍵能夠正確地受力分析，然后運用幾何知識解答，因此解答此題要求學生應具備一定的學科綜合能力．