题目内容

9.a、b、c是三个质量相同的小球(可视为质点),a、b两球套在水平放置的光滑细杆上c球分别用长度为L的细线与a、b两球连接.起初a、b两球固定在细杆上相距2L处,重力加速度为g.若同时释放a、b两球,则(  )
A.在a、b碰撞前的任一时刻,b相对与c的速度方向与b、c的连线垂直
B.在a、b碰撞前的运动过程中,c的机械能先增大后减小
C.在a、b碰撞前的瞬间,b的速度为$\sqrt{gL}$
D.在a、b碰撞前的瞬间,b的速度为2$\sqrt{gL}$

分析 根据对称性分析c的速度方向,从而得到b相对与c的速度方向.分析细线对c做功情况,从而判断出c的机械能变化情况.在a、b碰撞前的瞬间,c的速度为零,由系统的机械能守恒求b的速度.

解答 解:A、在a、b碰撞前的任一时刻,根据b、c两球沿细线方向的分速度大小相等,如图1所示,可得 vc地cosα=vb地sinα
得 $\frac{{v}_{c地}}{{v}_{b地}}$=tanα
根据相对运动规律知,b相对c的速度 $\overrightarrow{vbc}$=$\overrightarrow{{v}_{b地}}$+$\overrightarrow{{v}_{地c}}$
而$\overrightarrow{{v}_{地c}}$=-$\overrightarrow{{v}_{c地}}$,方向竖直向上,作出速度的合成图如图2所示.可得,$\frac{{v}_{地c}}{{v}_{b地}}$=$\frac{{v}_{c地}}{{v}_{b地}}$=tanα,由数学知识可知,$\overrightarrow{{v}_{bc}}$⊥bc,即b相对于c的速度方向与b、c的连线垂直.故A正确.
B、在a、b碰撞前的运动过程中,c向下运动,两细线对c做负功,则c的机械能一直减小,故B错误.
CD、在a、b碰撞前的瞬间,c的速度为零,由系统的机械能守恒得:mgL=$\frac{1}{2}•2m{v}_{b}^{2}$,可得,b的速度为 vb=$\sqrt{gL}$.故C正确,D错误.
故选:AC

点评 解决本题的关键是明确b、c两球速度关系,知道它们在细线方向的分速度大小相等,要知道牵连速度关系:$\overrightarrow{vbc}$=$\overrightarrow{{v}_{b地}}$+$\overrightarrow{{v}_{地c}}$.

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