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例题 一个光滑的圆柱体固定在桌面上,圆柱体的半径为[r],质量分别为[mA]和[mB]的两个小球[A]和[B](都可看作质点,且[mA>mB]),用一根细线相连接,细线的长度恰好等于圆柱体的半个周长,开始时使两小球位于同一水平面上,无初速地释放,[A]球向下运动,[B]球沿圆柱面运动. 如图1,求:
(1)当[A]球到达桌面的时刻,[B]球的速度多大?
(2)设[A]球落到桌面后即停止运动,两球质量满足怎样的关系,小球[B]能通过圆柱体的最高点?
此题得分率很低. 且看下面的解法:
错解 (1)当[A]下落到达桌面时,[B]沿圆弧上升转过[θ]角,它上升的高度为[h=rsinθ],又[θr=r].
设[A]球到达桌面时[B]球的速度为[v],则
(2)设[B]经过最高点时的速度为[v],则能通过圆柱体的最高点的条件是0<[v]<[gr]
由机械能守恒定律,有
(2)第二问解答中,[B]过最高点的条件判断不准. 图2中当[A]球落地,[B]球运动到[B]时,对[B]球进行受力分析,如图3. 若此时支持力[FN]恰好为零,设[B]球的速度为[v0],则有[mBgsin1=mBv20r],可得[v0=grsin1]
故①[B]球到达[B]时:[v>v0],则[B]球已离开弧面,不能通过最高点;
②[B]球到达[B]时:[2gr(1-sin1)]≤[v]≤[v0],则[B]球将能通过最高点. (根据机械能守恒定律,[B]球从[B]上升到最高点,在[B]的最小速度为[2gr(1-sin1)])
综上所述,可解得[B]球过最高点的条件为:[1sin1mAmB3sin12-sin1]
(1)当[A]球到达桌面的时刻,[B]球的速度多大?
(2)设[A]球落到桌面后即停止运动,两球质量满足怎样的关系,小球[B]能通过圆柱体的最高点?
此题得分率很低. 且看下面的解法:
错解 (1)当[A]下落到达桌面时,[B]沿圆弧上升转过[θ]角,它上升的高度为[h=rsinθ],又[θr=r].
设[A]球到达桌面时[B]球的速度为[v],则
(2)设[B]经过最高点时的速度为[v],则能通过圆柱体的最高点的条件是0<[v]<[gr]
由机械能守恒定律,有
(2)第二问解答中,[B]过最高点的条件判断不准. 图2中当[A]球落地,[B]球运动到[B]时,对[B]球进行受力分析,如图3. 若此时支持力[FN]恰好为零,设[B]球的速度为[v0],则有[mBgsin1=mBv20r],可得[v0=grsin1]
故①[B]球到达[B]时:[v>v0],则[B]球已离开弧面,不能通过最高点;
②[B]球到达[B]时:[2gr(1-sin1)]≤[v]≤[v0],则[B]球将能通过最高点. (根据机械能守恒定律,[B]球从[B]上升到最高点,在[B]的最小速度为[2gr(1-sin1)])
综上所述,可解得[B]球过最高点的条件为:[1sin1mAmB3sin12-sin1]