问题 问答题

如图所示,半径为2m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,∠CBA小于5°,CDA为光滑斜面,CEA为光滑圆弧面.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,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.

答案

不正确.

   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. 

  正确设CDA斜面倾角为θ

则  2R sinθ=

1
2
gt12

解得t1=

4R
g
=
4×2
10
s=0.89s                       

物体沿圆弧CEA运动时,由于圆弧CEA对应的圆心角小于5°,所以小球的运动可以看成单摆的简谐振动,

所以有t2=

T
4
=
π
2
R
g
=0.7s              

所以      t1>t2

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