稿件来源:高途
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必修2
第五章 曲线运动
5.1 曲线运动
绳、杆的关联速度问题
如图所示,一半径为$R$的光滑大圆环竖直固定在水平面上,其上套一小环,$a$、$b$为圆环上关于竖直直径对称的两点,将$a$点下方圆环拆走,若小环从大圆环的最高点$c$由静止开始下滑,当小环滑到$b$点时,恰好对大圆环无作用力。已知重力加速度大小为$g$,若让小环从最高点$c$由静止下滑从$a$点滑离,小环滑离$a$点时竖直分速度大小为$(\qquad)$
$\\dfrac{1}{3}\\sqrt{\\dfrac{10gR}{3}}$
","$\\sqrt{\\dfrac{2gR}{3}}$
","$\\dfrac{2}{3}\\sqrt{\\dfrac{2gR}{3}}$
","$\\dfrac{2}{3}\\sqrt{gR}$
"]设$b$点与$O$点的连线与竖直方向的夹角为$\theta$,如图所示。
从$c$到$b$,由动能定理得$mgR(1-\cos\theta)=\dfrac{1}{2}mv_{b}^{2}$
小环滑到$b$点时,由重力沿半径方向的分力提供向心力,由牛顿第二定律得$mg\cos\theta=m\dfrac{v_{b}^{2}}{R}$
解得$\cos\theta=\dfrac{2}{3}$,$v_{b}=\sqrt{\dfrac{2}{3}gR}$
由对称性可知,小环滑离$a$点时的速度为$v_{a}=v_{b}=\sqrt{\dfrac{2}{3}gR}$
小环滑离$a$点时竖直分速度大小为$v_{ay}=v_{a}\sin\theta=\sqrt{\dfrac{2}{3}gR} \times \dfrac{\sqrt{5}}{3}=\dfrac{1}{3}\sqrt{\dfrac{10gR}{3}}$,故$\rm A$正确,$\rm BCD$错误。
故选:$\rm A$。
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