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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2022 November Paper 42 Q5

A Level / CIE / M1

CIE 9709 2022 Nov Paper 42 Paper · Question 5

题目

Problem

A block AA of mass 80 kg80\,\mathrm{kg} is connected by a light, inextensible rope to a block BB of mass 40 kg40\,\mathrm{kg}. The rope joining the two blocks is taut and is parallel to a line of greatest slope of a plane which is inclined at an angle of 20∘20^\circ to the horizontal. A force of magnitude 500 N500\,\mathrm{N} inclined at an angle of 15∘15^\circ above the same line of greatest slope acts on AA (see diagram). The blocks move up the plane and there is a resistance force of 50 N50\,\mathrm{N} on BB, but no resistance force on AA.

(a) Find the acceleration of the blocks and the tension in the rope.

(5)

(b) Find the time that it takes for the blocks to reach a speed of 1.2 m s−11.2\,\mathrm{m\,s^{-1}} from rest.

(2)

题目中文翻译

质量为 80 kg80\,\mathrm{kg} 的物块 AA 通过一根轻质不可伸长的绳子与质量为 40 kg40\,\mathrm{kg} 的物块 BB 相连。连接两物块的绳子绷紧,并平行于一个与水平面成 20∘20^\circ 角的斜面的一条最大坡度线。一个大小为 500 N500\,\mathrm{N} 的力作用于 AA,其方向位于同一最大坡度线上方并与该线成 15∘15^\circ 角(见图)。两物块沿斜面向上运动,BB 受到 50 N50\,\mathrm{N} 的阻力,而 AA 不受阻力。

(a) 求两物块的加速度及绳子中的张力。

(5)

(b) 求两物块从静止开始达到 1.2 m s−11.2\,\mathrm{m\,s^{-1}} 的速率所需的时间。

(2)

原卷通用作答要求

Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.

You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.

Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.

请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。

Where a numerical value for the acceleration due to gravity (gg) is needed, use 10 m s−210\,\mathrm{m\,s^{-2}}.

需要使用重力加速度 gg 的数值时,取 10 m s−210\,\mathrm{m\,s^{-2}}。

解答

(a)

解法一

思路

展开

沿坡分解500牛外力,整体方程求共同加速度,再对后方B列方程求张力。

答题过程

展开

Taking up the plane as positive, the system equation is

500cos⁡15∘−50= 120(10)sin⁡20∘+120a.\begin{align*} 500\cos15^\circ-50=&\,120(10)\sin20^\circ+120a. \end{align*}

Hence

a=500cos⁡15∘−1200sin⁡20∘−50120≈0.188 m s−2.a=\frac{500\cos15^\circ-1200\sin20^\circ-50}{120} \approx\boxed{0.188\,\mathrm{m\,s^{-2}}}.

For BB,

T−400sin⁡20∘−50=40a.T-400\sin20^\circ-50=40a.

Using the unrounded acceleration,

T=40a+400sin⁡20∘+50≈194 N.T=40a+400\sin20^\circ+50\approx\boxed{194\,\mathrm{N}}.

(b)

解法一

思路

展开

恒定外力与坡角给出恒加速度,静止出发到1.2的时间为速度除以加速度。

答题过程

展开

Using the unrounded acceleration from (a),

1.2=at,t=1.2a≈6.39 s.1.2=at, \qquad t=\frac{1.2}{a}\approx\boxed{6.39\,\mathrm{s}}.