题目内容

14.如图所示,DA、DB和CA是竖直平面内三根固定的光滑细杆,O为竖直平面内圆周的圆心,A、B、C、D位于同一圆周上,C为圆周的最高点,A为最低点,BD和AC都经过圆心O.现在每根杆上都套一个小滑环,分别从C点或D点无初速度释放,用t1表示滑环从D到达A所用的时间,用t2表示滑环从C到达A所用的时间,用t3表示滑环从D到达B所用的时间,则下列关系正确的是(  )
A.t1=t2=t3B.t1=t2<t3C.t1=t3<t2D.t1<t2<t3

分析 先受力分析后根据牛顿第二定律计算出滑环沿任意一根杆滑动的加速度,然后根据位移时间关系公式计算出时间,对表达式分析,得出时间与各因素的关系后得出结论

解答 解:设DB与竖直方向的夹角为θ,由几何关系得DA与竖直方向的夹角为$\frac{1}{2}θ$,
环沿DA下滑时的加速度大小为${a}_{1}=gcos\frac{θ}{2}$,
沿DB下滑时的加速度大小为a2=gcosθ,
设DB长为L,由几何关系得DA长为L$cos\frac{θ}{2}$,
根据运动学公式有,L=$\frac{1}{2}{{a}_{2}t}_{3}^{2}$,
解得${t}_{3}^{2}=\frac{2L}{gcosθ}$,
L$cos\frac{θ}{2}=\frac{1}{2}{{a}_{1}t}_{1}^{2}$,
解得${t}_{1}^{2}=\frac{2L}{g}$,
由此得到t1<t3;
物体沿CA运动做自由落体运动,故L=$\frac{1}{2}{gt}_{2}^{2}$,
解得${t}_{2}^{2}=\frac{2L}{g}$,
因此t1=t2<t3,故ACD错误,B正确.
故选:B

点评 本题关键从众多的杆中抽象出一根杆,假设其与水平方向的夹角为θ,然后根据牛顿第二定律求出加速度,再根据运动学公式求出时间表达式讨论

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