Question

如圖所示，半徑為R的

1

4

圓弧支架豎直放置，支架底ab離地的距離為4R，圓弧邊緣C處有一小定滑輪，一輕繩兩端分別系著質(zhì)量分別為m₁與m₂的物體，掛在定滑輪兩邊，切m₁＞m₂，開(kāi)始時(shí)m₁、m₂均靜止，切m₁、m₂視為質(zhì)點(diǎn)（不計(jì)一切摩擦），求：
（1）m₁經(jīng)過(guò)圓弧最低點(diǎn)a時(shí)的速度；
（2）若m₁到最低點(diǎn)時(shí)繩斷開(kāi)，m₁與m₂之間必須滿足什么關(guān)系？

Answer 1

分析：（1）兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)只有重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒；同時(shí)繩子不可伸長(zhǎng)，沿著繩子方向的分速度相等；根據(jù)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒和速度關(guān)系列式，即可求解．
（2）為使m₁能到達(dá)A點(diǎn)，則要求其速度大于零即可．

解答：解：（1）設(shè)m₁運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)速度為v₁，m₂的速度為v₂，將v₁分解為圖示v₂=v₁sin45°①
由m₁與m₂組成系統(tǒng)，機(jī)械能守恒，有 m1gR-m2g

2

R=

1

2

m1

v

2 1

+

1

2

m2

v

2 2

  ②
由①②兩式求得v1=2

(m1- 2 m2)gR 2m1+m2

（2）m₁能到達(dá)A點(diǎn)滿足條件是v₁≥0，由v1=2

(m1- 2 m2)gR 2m1+m2

可知當(dāng)m1≥

2

m2時(shí)m₁可到達(dá)a點(diǎn)．
答：
（1）m₁經(jīng)過(guò)圓弧最低點(diǎn)a時(shí)的速度是2

(m1- 2 m2)gR 2m1+m2

；
（2）若m₁到最低點(diǎn)時(shí)繩斷開(kāi)，m₁與m₂之間必須滿足m1≥

2

m2．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵要知道單個(gè)物體機(jī)械能不守恒，但兩個(gè)物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒；同時(shí)要明確通過(guò)繩子、輕桿連接的物體，沿著繩子、桿子方向的分速度一定相等．