问题 填空题

在2008年北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。为了探求上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示。设运动员的质量为65kg,吊椅的质量为15kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦,重力加速度取g=10m/s2。当运动员与吊椅一起正以加速度a=1m/s2上升时,试求:⑴运动员受到竖直绳的拉力大小       N;⑵运动员对吊椅的压力大小        N。

答案

440     275

分析:(1)以人和吊椅为研究对象,对整体受力分析,由加速度可以求得对绳的拉力;

(2)再以吊椅为研究对象,受力分析可以求得对吊椅的压力.

解答:解:解法一:(1)设运动员受到绳向上的拉力为F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等,吊椅受到绳的拉力也是F.

对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示,则有:2F-(m+m)g=(m+m)a

解得:F=440N

由牛顿第三定律,运动员竖直向下拉绳的力F′=440N,

(2)设吊椅对运动员的支持力为FN,对运动员进行受力分析如图所示,则有:

F+FN-mg=ma,解得:FN=275N,由牛顿第三定律,运动员对吊椅的压力也为275N

解法二:设运动员和吊椅的质量分别为M和m;运动员竖直向下的拉力为F,对吊椅的压力大小为FN

根据牛顿第三定律,绳对运动员的拉力大小为F,吊椅对运动员的支持力为FN

分别以运动员和吊椅为研究对象,根据牛顿第二定律

F+FN-Mg=Ma ①

F-FN-mg="ma" ②

由 ①、②解得:F=440N

FN=275N

答:(1)运动员竖直向下拉绳的力为440N,

(2)运动员对吊椅的压力为275N.

点评:分析多个物体的受力时,一般先用整体法来求得共同的加速度,再用隔离法分析单个物体的受力,求得物体的受力情况,本题就是典型的应用整体隔离法的题目.

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填空题 案例分析题