秋千由踏板和绳构成,人在秋千上的摆动过程可以简化为小球的摆动过程。模型如图所示:人和踏板等效为一个小球,不可伸长的细绳与“等效小球”连接,悬挂于固定点O,将细绳拉离竖直方向一定偏角释放,“等效小球”就在竖直平面内摆动。在没有别人帮助的情况下,人可以通过在低处站起、在高处蹲下的方式使自己摆得越来越高。当人蹲在踏板上时,“等效小球”的重心到悬点O的距离为L1;当人站立时,“等效小球”的重心到悬点O的距离为L2。“等效小球”的质量为m,重力加速度为g,不计空气阻力。
(1)若人始终蹲在踏板上,运动到最低点时的速度大小为v,求此时“等效小球”受到拉力的大小T;
(2)若人蹲在踏板上以偏角θ1从静止开始运动,到达最低点时突然站起,此后保持站立姿势摆到另一边,最大偏角为θ2。假设人在最低点站起前后摆动速度大小不变,通过计算证明θ2>θ1。
【考点】机械能守恒定律的简单应用;绳球类模型及其临界条件.
【答案】(1)此时“等效小球”受到拉力的大小为;
(2)证明见解析。
mg
+
m
v
2
L
1
(2)证明见解析。
【解答】
【点评】
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