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5.如圖甲所示為小科設計的定滑輪裝置.其中滑塊A置于表面粗糙程度各處相同的水平面上,重物B的重力GB可改變.小科在某次使用該裝置進行實驗時記錄了一些數(shù)據,并繪制成曲線,即重物B的重力GB、滑塊A的運動速度v、滑塊A在水平面上通過的距離s隨時間t的變化曲線分別如圖乙、丙、丁所示.若不計繩重及繩與滑輪間的摩擦,跨過滑輪的繩或豎直或水平,A距水平面上的定滑輪、B距水平面均足夠遠.

(1)由圖丙可知,重物B在4~6s時間段內勻速下降.
(2)求出在2~4s內,A受到的摩擦力大小13.5N.
(3)求出在4~6s內,水平繩對A的拉力做的功.
(4)求出在2~4s內,重力GB做功的功率.

分析 由圖可知,使用的是定滑輪,該滑輪組繩子的有效股數(shù)為1:
(1)根據圖丙可知,重物B勻速下降的時間段;
(2)根據靜止和勻速直線運動是平衡狀態(tài),受到的力為平衡力,利用二力平衡的條件分別求出A受到的滑動摩擦力,再利用滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度以及壓力的關系求出2~4s內A受到的摩擦力.
(3)先根據圖乙讀出4~6s內B的重力,使用的是定滑輪,根據F=G求出在4~6s內的拉力,再根據W=Fs求出做的功;
(4)先根據圖丁讀出滑塊A在2~4s內移動的距離,然后根據s=h求出B下降的距離,再根據W=Gh求出物體B做的功,最后根據P=Wt求出重力GB做功的功率.

解答 解:(1)根據圖丙可知,在4~6s內,重物B勻速下降;
(2)根據圖乙可知,在4~6s內,GB=27N,A受水平繩的拉力:F=G=27N;A和B均做勻速運動,由二力的平衡條件:f=F=27N;
因為物體A與接觸面的粗糙程度、壓力的大小均不變,因此A在2~4s內所受滑動摩擦力大小不變,即A在2~4s內所受滑動摩擦力大小也為27N.
(3)由(2)知A受水平繩的拉力:F=27N,根據圖丁可知,A向左滑行的距離:s=vt=20m/s×(6s-4s)=40m,
水平繩對A的拉力做的功:W=Fs=27N×40m=1080J;
(4)根據圖乙可知,在2~4s內,重力GB=50N;
根據圖丁可知,在2~4s內A向左滑行的距離s′=20m,
由定滑輪的特點可知,B下降的高度h′=s′=20m,
重力GB做功:WGB′=GBh′=50N×20m=1000J,
在2~4s內,所用時間為2s,則重力GB做功的功率:P=WGBt=1000J2s=500W.
答:(1)4~6s.
(2)27.
(3)在4~6s內,水平繩對A的拉力做的功為1081J.
(4)在2~4s內,重力GB做功的功率500W.

點評 本題考查了功、功率、力的大小的計算,是一道綜合性很強的題目,難度較大,關鍵是滑輪組繩子有效股數(shù)的判斷和二力平衡條件的應用.

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