题目内容

3.如图所示,质量分别为m和M(M>m)的小球P和Q固定在轻杆的两端,杆上的O点用铰链固定.现将杆从水平位置由静止释放,当杆由水平状态转到竖直状态的过程中(  )
A.杆转到竖直位置时Q的速率大于P的速率
B.杆对小球Q做负功
C.小球Q的机械能增加
D.杆对小球Q的作用力方向始终沿着杆

分析 杆转动过程中,两球的角速度相等,由v=rω分析两球的速率大小.两球组成的系统机械能守恒,分析Q球机械能的变化,由功能关系判断杆对Q球做功的正负.

解答 解:A、杆转到竖直位置时,两球的角速度相等,由v=rω可知,Q的速率大于P的速率.故A正确.
BC、两球组成的系统,只有重力做功,系统的机械能守恒,P球的动能和重力势能都增大,则P球的机械能增加,由系统的机械能守恒知,小球Q的机械能减少,说明杆对小球Q做负功.故B正确,C错误.
D、由于杆对小球Q做负功,所以杆对小球Q的作用力方向与速度方向不是始终垂直,即杆对小球Q的作用力方向不始终沿着杆,只有转到竖直位置时杆对小球Q的作用力方向沿着杆,其他位置不沿着杆.故D错误.
故选:AB

点评 本题关键是P、Q球机械能均不守恒,但P与Q组成的系统机械能守恒,根据机械能守恒定律和功能关系进行分析.

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