问题 问答题

如图所示,水平面上固定光滑的等腰直角三角形支架OAB,质量m的小环甲套在OA边上,质量m的小环乙套在OB边上接近O点处,两环之间用长为L的轻绳连接.

(1)若用外力作用在小环乙上,使其沿OB边缓慢移动

2
2
L,此过程外力做了多少功?

(2)两环整体的重心在绳子中点处,若将两小环从图示位置静止释放,整体重心的运动轨迹是什么形状?(本小题不需说明理由)

(3)若将两小环从图示位置静止释放,在何处两环总动能达到最大?求出此时两环速度.

答案

(1)用外力作用在小环乙上,使其沿OB边缓慢移动

2
2
L,对整体列动能定理得

WF+WG=△Ek

WF+mgsin45°

2
2
L-mgsin45°(1-
2
2
L
)=0

WF=

2
-2
2
mgL

(2)两小环从图示位置静止释放,两环的距离不变为L,两环与0点始终构成直角三角形,斜边长度不变,两环整体的重心在绳子中点处,所以整体重心的运动轨迹是以O为圆心的

1
4
圆弧

(3)根据(2)问的结果可知,在绳子水平时整体重心最低,此时整体重力势能最小,动能最大.

由动能定理得

mg

L
2
-mg
2
-1
2
L
=
1
2
mv21
+
1
2
mv22
-0

绳子水平时,两球速度相同

得v=

2-
2
2
gL

答:(1)此过程外力做功为

2
-2
2
mgL

(2)两环整体的重心在绳子中点处,若将两小环从图示位置静止释放,整体重心的运动轨迹是以O为圆心的

1
4
圆弧

(3)在绳子水平时整体重心最低,此时整体重力势能最小,动能最大.此时两环速度为

2-
2
2
gL

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