问题 问答题

如图所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,R≫

.
AB
.甲球从弧形槽的球心处自由落下,乙球从A点由静止释放(不计空气阻力).问:

(1)两球第1次到达C点的时间之比;

(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度h是多少?

答案

(1)甲球做自由落体运动R=

1
2
g
t21

所以:t1=

2R
g

乙球沿圆弧做简谐运动(由于B→C≪R,可认为摆角θ<5°).此振动与一个摆长为R的单摆振动模型相同,故此等效摆长为R,因此乙球第1次到达C处的时间为:

t2=

1
4
T=
1
4
×2π
R
g
,所以t1:t2=
2
2
π

(2)甲球从离弧形槽最低点h高处开始自由下落,到达C点的时间为t=

2h
g

由于乙球运动的周期性,所以乙球到达C点的时间为

t=

T
4
+n
T
2
=
2n+1
2
•π
R
g
,n=0,1,2,…

由于甲、乙在C点相遇,故t=t

解得h=

(2n+1)2
8
π2R(n=0,1,2,…)

答:(1)两球第1次到达C点的时间之比是

2
2
π

(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度h是

(2n+1)2
8
π2R(n=0,1,2,…).

单项选择题 A1/A2型题
单项选择题