Question

8．如圖1所示，一根輕繩上端固定在O點，下端拴一個重為G的鋼球，球處于靜止狀態．現對球施加一方向始終保持水平的外力F，使球緩慢的移動，在移動過程中的每一時刻均可以認為球處于平衡狀態．如果輕繩可以承受拉力T的最大值為2G，設繩與豎直方向的夾角為θ．

求：（1）外力F的取值范圍．
（2）在圖2的F-tanθ坐標系中畫出外力F與tanθ的關系圖象．

Answer 1

分析 （1）當水平拉力F=0時，輕繩處于豎直位置；當繩子的拉力T=2G時，拉力F最大，根據平衡條件列方程求解．
（2）鋼球始終處于平衡狀態，對鋼球進行受力分析，鋼球受重力G、繩子拉力T和外力F三力作用下平衡，依據平衡條件列方程找出F與θ的函數關系．

解答 解：（1）當水平拉力F=0時，輕繩處于豎直位置；
當繩子的拉力T=2G時，水平拉力最大受力如圖：

故F_max=$\sqrt{{T}^{2}-{G}^{2}}$=$\sqrt{3}G$；
因此水平拉力范圍是：$0≤F≤\sqrt{3}G$；
（2）根據平衡條件，有：F=Gtanθ，故F與tanθ成正比，圖象如圖所示：

答：（1）外力F的取值范圍為$0≤F≤\sqrt{3}G$．
（2）F與tanθ的關系圖象如圖所示．

點評 本題是力平衡問題，不僅對平衡條件能熟練的應用，還要能根據平衡條件能找出力隨角度變化的關系，不難．