13.(04·江苏·15)如图所示,半径为R、圆心为O的大圆环固定在竖直平面内,两个轻质小圆环套在大圆环上.一根轻质长绳穿过两个小圆环,它的两端都系上质量为m的重物,忽略小圆环的大小。

  ⑴将两个小圆环固定在大圆环竖直对称轴的两侧的位置上(如图).在两个小圆

环间绳子的中点C处,挂上一个质量M= m的重物,使两个小圆环间的绳子水平,然后无初速释放重物M.设绳子与大、小圆环间的摩擦均可忽略.求重物M下降的最大距离;

  ⑵若不挂重物M,小圆环可以在大圆环上自由移动,且绳子与大、小圆环及大、小圆环之间的摩擦均可以忽略.问两个小圆环分别是在哪些位置时,系统可处于平衡状态?

  答案  h=R 

  解析  ⑴重物向下先做加速运动、后做减速运动,当重物速度为零时,下降的距离最大,设下降的最大距离为h,由机械能守恒定律得  Mgh=2mg[ ]  解得  h=

⑵系统处于平衡状态时,两个小环的位置为

a.两小环同时位于大圆环的底端

 b.两小环同时位于大圆环的顶端 

c.两小环一个位于大圆环的顶端,另一个位于大圆环的底端 

d.除上述情况外,根据对称可知,系统如能平衡,则两小圆环的位置一定关于大圆环

竖直对称轴对称.设平衡时,两小圆环在大圆环竖直以对称两侧角的位置上(如图

所示).对于重物m,受绳子拉力T与重力mg作用,有T=mg.对于小圆环,受到三个

力的作用,水平绳子的拉力T、竖直绳子的拉力T、大圆环的支持力N,两绳子的拉力沿大圆环切向分力大

小相等,方向相反T sin =T sin  得  ,而,所以.

 0  417047  417055  417061  417065  417071  417073  417077  417083  417085  417091  417097  417101  417103  417107  417113  417115  417121  417125  417127  417131  417133  417137  417139  417141  417142  417143  417145  417146  417147  417149  417151  417155  417157  417161  417163  417167  417173  417175  417181  417185  417187  417191  417197  417203  417205  417211  417215  417217  417223  417227  417233  417241  447090 

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