如图所示,半径R=4m的光滑圆环竖直放置,A点为圆环的最低点,B为圆环的最高点,CDA为光滑斜面,CEA为光滑圆弧面。若斜面CDA长为0.3m,小球由静止开始分别从C点沿光滑斜面CDA和圆弧面CEA滑至A点,时间分别为t1、t2,取重力加速度g=π2m/s2,试比较t1、t2的大小。
某同学的解题思路如下:
根据机械能守恒,由静止开始分别从C点沿光滑斜面CDA和沿圆弧CEA滑至A点的速度大小相等,而沿斜面CDA滑下的路程较短,所用时间也较短,所以t1 < t2。
你认为该同学的解法正确吗?若正确,请计算出t1、t2的大小;若不正确,指出错误处并通过计算说明理由。
不正确
题目分析:。 (1分)
由于小球沿圆弧CEA运动不是匀变速运动,不能仅根据末速度大小和路程来比较t1与t2的大小。 (1分)
正确解:设圆弧的圆心为O,CDA斜面倾角为θ
则小球在斜面上的加速度a= =gsinθ (1分)
2Rsinq = at12 (1分)
得t1 =
代入数据得t1 = s =" 1.3s" (1分)
由于=
,∠AOC=
×
= 4.3° < 5° (1分)
所以小球沿CEA运动可以看成单摆的简谐运动
则t2 = (1分)
而T= 2π (1分)
t2 = 1s (1分)
所以t1 > t2 (1分)
点评:解决本题的关键知道圆弧CEA的运动不是匀变速运动,而是做单摆运动,根据单摆的周期公式可以求出它的运动时间.