Question

（2007?湖南模擬）一質量不計的直角形支架兩端分別連接質量均為m的小球A和B．支架的兩直角邊長度分別為l和2l，支架可繞固定軸O在豎直平面內無摩擦轉動，如圖所示．開始時OA邊處于水平位置，由靜止釋放，則（　　）

• A．OA邊轉動到處于豎直位置時，A球的速度為2

  gl

• B．A球速度最大時，兩小球的總重力勢能最小
• C．A球速度最大時，兩直角邊與豎直方向的夾角為45°
• D．A、B兩球的最大動能之比E_EA：E_EB=4；1

Answer 1

分析：AB兩個球組成的系統機械能守恒，但對于單個的球來說機械能是不守恒的，根據系統的機械能守恒列式可以求得AB之間的關系，同時由于AB是同時轉動的，它們的角速度的大小相同．

解答：解：A、OA邊轉動到處于豎直位置時，A球和B球的速度分別設為v_A和v_B．
根據題意知兩球的角速度相同，線速度之比為v_A：v_B=ω?2l：ω?2l=2：1；
根據機械能守恒定律得：mg?2l-mgl=

1

2

2m

v

2 A

+

1

2

m

v

2 B

聯立解得，v_A=

2 2gl

3

，故A錯誤．
B、A球速度最大時，B球的速度也最大，根據系統的機械能守恒可知，兩小球的總重力勢能最小，故B正確．
C、當OA與豎直方向的夾角為θ時，由機械能守恒得：
  mg?2lcosθ-2mg?l（1-sinθ）=

1

2

2m

v

2 A

+

1

2

m

v

2 B

又v_A：v_B=2：1；
解得：

v

2 A

=

8

3

gl（sinθ+cosθ）-

8

3

gl
由數學知識知，當θ=45°時，sinθ+cosθ有最大值，A球速度最大，故C正確；
D、根據動能的表達式E_k=

1

2

mv2，v_A：v_B=2：1；則兩球的最大動能之比E_EA：E_EB=4：1，故D正確．
故選BCD

點評：本題關鍵找兩個球整體機械能守恒；同時可以根據線速度與角速度的關系公式v=ωr進行分析計算．