题目内容
如图所示,一个半径为R的半球形的碗固定在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根轻质细线跨在碗口上,线的两端分别系有小球A和B,当它们处于平衡状态时,小球A与O点的连线与水平线的夹角为60°。
(1)求小球A与小球B的质量比mA:mB
(2)辨析题:现将A球质量改为2m、B球质量改为m,且开始时A球位于碗口C点,由静止沿碗下滑,当A球滑到碗底时,求两球的速率为多大?
某同学解法如下:当A球滑到碗底时,A球下降的高度为R,B球上升的高度为
R,根据机械能守恒定律有:
① 且
②
代入数据,解①、②两式即可求得两球的速率。
你认为上述分析是否正确?如果你认为正确,请完成此题;如果你认为不正确,请指出错误,并给出正确的解答。
(3)在满足第(2)问中的条件下,求A球沿碗壁运动的最大位移是多少?
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解:(1)设绳上拉力为T,碗对A球的弹力为N,根据对称性可得:N=T
由平衡条件:2Tcos30°=mAg
对B球,受拉力与重力平衡得:T=mBg
联立得:
(2)不正确。
A球在碗底时,
不等于
,应将
沿绳和垂直于绳的方向分解,沿绳子方向的分速度即等于B球的速度
的大小。
即:
根据机械能守恒定律有:
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可得:
(3)球A经过碗底后继续上升,当速度减小为零时沿碗壁有最大位移,如图所示,此时A相对碗边缘的高度为h,则:
由机械能守恒有:
联立以上两式可得:
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