Question

17．如圖所示，一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細(xì)圓管，由支架豎直支立在水平地面上．環(huán)形細(xì)圓管的環(huán)形半徑為R（比細(xì)圓管的半徑大得多）．在環(huán)形細(xì)圓管中有A、B兩小球（可視為質(zhì)點(diǎn)）沿順時(shí)針方向運(yùn)動．設(shè)A、B兩小球的質(zhì)量均為m，環(huán)形細(xì)圓管的質(zhì)量為2m，若A球以速率v₁運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)，B球恰以速率v₂運(yùn)動到最高點(diǎn)，此刻支架對環(huán)形細(xì)圓管的支持力為mg．則與和的關(guān)系式為${v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}=gR$．

Answer 1

分析 若A球以速率${v}_{1}^{\;}$運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)，B球恰以速率${v}_{2}^{\;}$運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)，支架對環(huán)形細(xì)圓管有支持力，說明B球運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)對管道有向上的壓力，管道對B球有向下的壓力，根據(jù)牛頓第二定律分別對A、B球進(jìn)行列式，再結(jié)合細(xì)管力平衡求解．

解答 解：據(jù)題，A球以速率${v}_{1}^{\;}$運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)，B球恰以速率${v}_{2}^{\;}$運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)，支架對環(huán)形細(xì)圓管有支持力，則知B球運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)對管道有向上的壓力，則管道對B球有向下的壓力
根據(jù)牛頓第二定律得：
對A球有：${N}_{A}^{\;}-mg=m\frac{{v}_{1}^{2}}{R}$
對B球有：$mg+{N}_{B}^{\;}=m\frac{{v}_{2}^{2}}{R}$
據(jù)題分析有：${N}_{A}^{\;}-{N}_{B}^{\;}=mg$
聯(lián)立解得：${v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}=gR$
故答案為：v₂²-v₁²=gR，

點(diǎn)評 本題的關(guān)鍵是確定B球所受的彈力方向，再確定向心力的來源，由牛頓第二定律解答．