题目内容
(1)球由A至O的过程中所需时间t为多少?在此过程中能量如何转化?(定性说明)
(2)若在圆弧的最低点O的正上方h处由静止释放小球B,让其自由下落,同时A球从圆弧右侧由静止释放,欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇,则B球下落的高度h是多少?
分析:(1)由题,光滑圆弧形槽弧的半径是R,所对圆心角小于10°,小球A在PQ两点间做简谐运动,类似于摆长为R的单摆,小球A从N到O的时间为
周期,周期T=2π
.
在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能.
(2)根据高度求出B球下落的时间表达式.根据周期性得出时间与小球A周期的关系,再求解B球下落的高度h.
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在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能.
(2)根据高度求出B球下落的时间表达式.根据周期性得出时间与小球A周期的关系,再求解B球下落的高度h.
解答:解:(1)由单摆周期公式知球A的周期为:T=2π
,则有:tAO=
T=
在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能.
(2)欲使A、B相遇,则两球运动的时间相同,且必须同时到达O点,故由简谐运动的周期性可知两球相遇所经历的时间可以是(
+n)T或(
+n)T(n=0,1,2,3,…)
所以A球运动的时间必为
T的奇数倍,即:
t=
=
(2n+1)
所以有h=
R(n=0,1,2,3,…)
答:(1)球由A至O的过程中所需时间t为=
,在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能.
(2)欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇,则B球下落的高度h是
R(n=0,1,2,3,…).
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在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能.
(2)欲使A、B相遇,则两球运动的时间相同,且必须同时到达O点,故由简谐运动的周期性可知两球相遇所经历的时间可以是(
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所以A球运动的时间必为
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t=
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| π |
| 2 |
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所以有h=
| (2n+1)2π2 |
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答:(1)球由A至O的过程中所需时间t为=
| π |
| 2 |
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(2)欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇,则B球下落的高度h是
| (2n+1)2π2 |
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点评:光滑圆弧形槽所对圆心角小于10°时类似单摆,做简谐运动,俗称槽摆,等效摆长等于半径,具有周期性,第(2)不要当特殊值去求.
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