Question

半徑為R的光滑圓環(huán)豎直放置，環(huán)上套有兩個(gè)質(zhì)量分別為m和m的小球A和B．A、B之間用一長為R的輕桿相連，如圖所示．開始時(shí)，A、B都靜止，且A在圓環(huán)的最高點(diǎn)，現(xiàn)將A、B釋放，試求：

（1）B球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小；

（2）B球到達(dá)最低點(diǎn)的過程中，桿對A球做的功；

（3）B球在圓環(huán)右側(cè)區(qū)域內(nèi)能達(dá)到的最高點(diǎn)位置．

Answer 1

【考點(diǎn)】： 動能定理的應(yīng)用；機(jī)械能守恒定律．

【專題】： 動能定理的應(yīng)用專題．

【分析】： （1）把AB看成一個(gè)系統(tǒng)，只有重力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，根據(jù)機(jī)械能守恒定律即可求解；

（2）對A球運(yùn)用動能定理即可求解；

（3）設(shè)B球到右側(cè)最高點(diǎn)時(shí)，OB與豎直方向夾角為θ，圓環(huán)圓心處為零勢能面．系統(tǒng)機(jī)械能守恒，根據(jù)機(jī)械能守恒定律即可求解．

【解析】： 解：（1）系統(tǒng)機(jī)械能守恒，mAgR+mBgR=mAvA2+mBvB2

又因?yàn)関A=vB

得，vB=

（2）根據(jù)動能定理，mAgR+W=mAvA2

而vA=

解得，W=0                                  

（3）設(shè)B球到右側(cè)最高點(diǎn)時(shí)，OB與豎直方向夾角為θ，圓環(huán)圓心處為零勢能面．

系統(tǒng)機(jī)械能守恒，mAgR=mBgRcosθ﹣mAgRsinθ               

代入數(shù)據(jù)得，θ=30°   

所以B球在圓環(huán)右側(cè)區(qū)域內(nèi)能達(dá)到的最高點(diǎn)與豎直方向夾角為30°                     

答：（1）B球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為；

（2）B球到達(dá)最低點(diǎn)的過程中，桿對A球做的功為0；

（3）B球在圓環(huán)右側(cè)區(qū)域內(nèi)能達(dá)到的最高點(diǎn)與豎直方向夾角為30°．

【點(diǎn)評】： 本題主要考查了機(jī)械能守恒定律以及動能定理的直接應(yīng)用，要求同學(xué)們能選取適當(dāng)?shù)难芯繉ο�，難度適中．