Question

【題目】如圖所示,在豎直平面內半徑為R的四分之一圓弧軌道AB、水平軌道BC與斜面CD平滑連接在一起,斜面足夠長.在圓弧軌道上靜止著N個半徑為的光滑剛性小球,小球恰好將圓弧軌道鋪滿,從最高點A到最低點B依次標記為1、2、3……N.現將圓弧軌道末端B處的阻擋物拿走,N個小球由靜止開始沿軌道運動,不計摩擦與空氣阻力,下列說法正確的是()

A. N個小球在運動過程中始終不會散開

B. 第1個小球到達最低點的速度

C. 第N個小球在斜面上向上運動時機械能增大

D. N個小球構成的系統在運動過程中機械能守恒,且總機械能

Answer 1

【答案】AC

【解析】在下滑的過程中，水平面上的小球要做勻速運動，而曲面上的小球要做加速運動，則后面的小球對前面的小球要向前壓力的作用，所以小球之間始終相互擠壓，沖上斜面后后面的小球把前面的小球往上壓，所以小球之間始終相互擠壓，故N個小球在運動過程中始終不會散開，故A正確；把N個小球看成整體，若把弧AB的長度上的小球全部放在高度為R的斜面上，通過比較可知，放在斜面上的N個小球的整體的重心位置比較高。而放在斜面上時，整體的重心的高度為：R，選擇B點為0勢能點，則整體的重力勢能小于NmgR，小球整體的重心運動到最低點的過程中，根據機械能守恒定律得：Nmv2＜NmgR；解得：v＜，即第1個小球到達最低點的速度v＜，故B錯誤，D錯誤；沖上斜面后，前面的小球在重力沿斜面向下的分力的作用下，要做減速運動，而后面的小球由于慣性想變成勻速運動，所以后面的小球把前面的小球往上推，后面的小球對前面的小球做正功，所以可得第N個小球在斜面上向上運動時機械能增大。故C正確。故選AC。