题目内容

15.两个内壁光滑、半径不同的半球形碗,放在不同高度的水平面上,使两碗口处于同一水平面,如图所示.现将质量相同的两个小球,分别从两个碗的边缘处由静止释放(小球半径远小于碗的半径)(  )
A.两个小球滑到碗底的过程中重力势能减少量相等
B.两个小球通过碗的最低点时速度大小相等
C.两个小球通过碗的最低点时对碗底的压力不等
D.两个小球通过碗的最低点时机械能相等

分析 因两小球均只有重力做功,故机械能守恒,由机械能守恒定律可得出小球在碗底的动能和速度;由向心力公式可知小球对碗底的压力.

解答 解:A、小球减小是重力势能:△EP=mgr,二者的半径不同,则重力势能的减少量不相等.故A错误;
B、D、两小球均只有重力做功,故机械能守恒,两球相对于零势能面的高度相同,且动能都为零,故两球到达底部时,两球的机械能一定相等.
由机械能定恒可知mgh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,解得:v=$\sqrt{2gr}$,者的半径不同,则通过碗的最低点时速度大小不相等.故B错误,D正确;
C、在碗底,由支持力和重力的合力提供向心力,得:F-mg=m$\frac{{v}^{2}}{r}$可知,F=mg+m$\frac{{v}^{2}}{r}$=3mg;两球受碗的支持力相等,故两球球对碗的压力相等,故C错误.
故选:D

点评 本题关键是对小球下滑过程运用机械能守恒定律列式求速度,再对小球经过碗底时,合力充当向心力列式求解支持力.本题的结果最好在理解的基础上记住:F与半径无关.

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