Question

13．如圖所示，P、Q為兩個(gè)固定的滑輪，A、B、C三個(gè)物體用不可伸長(zhǎng)的輕繩（不計(jì)輕繩與滑輪間的摩擦）跨過(guò)P、Q相連于O點(diǎn)，初始時(shí)O、P間輕繩與水平方向夾角為60°，O、Q間輕繩水平，A、B、C三個(gè)物體恰好能保持靜止，已知B物體的質(zhì)量為2kg．求：
（1）A、C兩物體的質(zhì)量分別為多少？
（2）若在O點(diǎn)施加一外力F，緩慢移動(dòng)O點(diǎn)到使O、P間的輕繩水平，O、Q間輕繩處于與水平方向夾角為60°的位置，此時(shí)外力F的大小．

Answer 1

分析 （1）對(duì)A、C受力分析可知OP的拉力m_Ag，OQ的拉力m_Cg．則對(duì)O點(diǎn)受力分析，由受力平衡條件可得m_A和m_C的大�。�
（2）緩慢移動(dòng)后的O點(diǎn)依然處于平衡狀態(tài)，則外力F的大小等于m_Ag、m_Bg、m_Cg的合力的大小，采用正交分解法與力的合成法可求得這三個(gè)力的合力．

解答 解：（1）對(duì)于O受力分析，由受力平衡可知OP的拉力m_Ag，OQ的拉力m_Cg．

對(duì)于O點(diǎn)，根據(jù)平衡條件得：
m_Agsin60°=m_Bg ①
m_Agcos60°=m_Cg ②
聯(lián)立①②式，代入數(shù)據(jù)解得：m_A=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$kg   m_C=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$kg
故A物體的質(zhì)量為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$kg，C物體的質(zhì)量為$\frac{2\sqrt{3}}{3}$kg．
（2）緩慢移動(dòng)后的O點(diǎn)受外力F、m_Ag、m_Bg、m_Cg，且處于平衡狀態(tài)，則F的大小等于m_Ag、m_Bg、m_Cg的合力．

對(duì)O點(diǎn)，根據(jù)平衡條件得：
x軸：F_x=m_Ag-m_Cgcos60 ③
y軸：F_y=m_Bg+m_Cgsin60 ④
F=$\sqrt{{F}_{x}^{2}+{F}_{y}^{2}}$ ⑤
聯(lián)立③④⑤式，代入數(shù)據(jù)解得：F=$20\sqrt{3}$N
故外力F的大小為$20\sqrt{3}$N．
答：（1）A物體的質(zhì)量為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$kg，C物體的質(zhì)量為$\frac{2\sqrt{3}}{3}$kg；
（2）外力F的大小為$20\sqrt{3}$N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查共點(diǎn)力的平衡，對(duì)于共點(diǎn)力的平衡，可以運(yùn)用力的合成與分解方法，三個(gè)力一般采用力的合成，四個(gè)力以上用力的正交分解法．
三個(gè)力的平衡：其中任意兩個(gè)力的合力必與第三力大小相等、方向相反．
n個(gè)力的平衡：其中任意n-1個(gè)力的合力必與第n力大小相等、方向相反．