题目内容

17.如图所示,半径为R的半圆形轨道竖直固定在水平桌面上,圆心O与轨道上边沿和滑轮上边沿在同一水平线上,轨道最低点a与桌面相切.Oc与Oa的夹角为60°,A、B两球用跨过滑轮的轻绳连接(两球均可视为质点).A球从c点由静止释放后沿圆轨道滑到a点时速度恰好为零.设轻绳足够长,不计一切摩擦.在此过程中下列说法正确的是(  )
A.重力对A球做功的功率先变大后变小
B.两球速度大小始终相等
C.绳上的拉力始终大于B球重力
D.A、B两小球的质量之比为2:1

分析 m1、m2两个小球用绳子连在一起,两球沿绳子方向的速度是一样的;
在m1滑下去一段距离后,绳子与圆的切线是不重合,两球的速度不等;
分析竖直方向速度的变化情况求解,若m1恰好能沿圆弧轨道下滑到A点,此时两小球速度均为零,根据动能定理求解质量关系.

解答 解:A、小球A向下运动的过程中,重力的功率:P=mgv竖直,开始时速度向下的分量逐渐增大,则开始时重力的瞬时功率增大;小球A到达a时竖直方向的分速度为0,可知小球A向下的分速度达到某一个最大值后一定又逐渐减小,所以重力对A球做功的功率先变大后变小.故A正确;
B、m1由c点下滑到a的过程中,沿绳子方向的速度是一样的,在m1滑下去一段过程以后,此时的绳子与圆的切线是不重合,而是类似于圆的一根弦线而存在,m1的速度大于m1沿绳子的分速度,而m2的速度大小等于绳子的速度大小,则m1的速率大于m2速率,故B错误;
C、由题可知,两个小球的速度都是先增大后减小,当B向上的速度增大时,加速度的方向向上,绳上的拉力大于B球重力;而当B向上减速时,加速度的方向向下,绳上的拉力小于B球重力.故C错误;
D、c点到轨道的上沿的距离:l=$\sqrt{{R}^{2}+{R}^{2}-2{R}^{2}cos30°}=\sqrt{2-\sqrt{3}}R$
若m1恰好能沿圆弧轨道下滑到a点,此时两小球速度均为零,由动能定理得:m1gR(1-cos60°)-m2g($\sqrt{2}$R-l)=0-0,解得:${m}_{1}=(2\sqrt{2}-2\sqrt{2-\sqrt{3}}){m}_{2}$,故D错误.
故选:A.

点评 本题解题的关键是对两个小球运动情况的分析,知道小球做什么运动,并能结合动能定理、几何关系解题,难度适中.

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