题目
θ-|||-d ←F-|||-7 7, 7如图所示,已知光滑水平面上的光滑斜面体质量为m,一悬挂的铁球的质量也为m。球心与悬点之间的距离为L、斜面体在水平力作用下,系统恰好处于静止状态,这时悬挂铁球的细绳与竖直方向的夹角等于θ。撤去水平力F,斜面体最终将以速度v沿光滑水平面做匀速运动铁球将来回摆动,摆动时最高位置与最低位置的高度差为h,则以下选项正确的是( )A. v的值为2sqrt(gL(1-cosθ))B. h的值为(L)/(2)(1-cosθ)C. v的值为sqrt(3gL(1-cosθ))D. h的值为(L)/(4)(1-cosθ)
如图所示,已知光滑水平面上的光滑斜面体质量为m,一悬挂的铁球的质量也为m。球心与悬点之间的距离为L、斜面体在水平力作用下,系统恰好处于静止状态,这时悬挂铁球的细绳与竖直方向的夹角等于θ。撤去水平力F,斜面体最终将以速度v沿光滑水平面做匀速运动铁球将来回摆动,摆动时最高位置与最低位置的高度差为h,则以下选项正确的是( )- A. v的值为2$\sqrt{gL(1-cosθ)}$
- B. h的值为$\frac{L}{2}$(1-cosθ)
- C. v的值为$\sqrt{3gL(1-cosθ)}$
- D. h的值为$\frac{L}{4}$(1-cosθ)
题目解答
答案
B. h的值为$\frac{L}{2}$(1-cosθ)
解析
步骤 1:系统机械能守恒
撤去水平力F后,斜面体和铁球组成的系统只有重力做功,因此系统机械能守恒。当铁球摆动到最低点时,斜面体和铁球的水平速度相等,设为v。
步骤 2:计算v的值
根据机械能守恒定律,铁球从初始位置摆动到最低点时,重力势能转化为动能。铁球下降的高度为L(1-cosθ),因此有:
mgL(1-cosθ) = 2×$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:v=$\sqrt{gL(1-cosθ)}$
步骤 3:计算h的值
当铁球摆动到最高点时,其动能全部转化为重力势能。设最高点与最低点的高度差为h,则有:
mgh=$\frac{1}{2}$mgL(1-cosθ)
解得:h=$\frac{L}{2}$(1-cosθ)
撤去水平力F后,斜面体和铁球组成的系统只有重力做功,因此系统机械能守恒。当铁球摆动到最低点时,斜面体和铁球的水平速度相等,设为v。
步骤 2:计算v的值
根据机械能守恒定律,铁球从初始位置摆动到最低点时,重力势能转化为动能。铁球下降的高度为L(1-cosθ),因此有:
mgL(1-cosθ) = 2×$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:v=$\sqrt{gL(1-cosθ)}$
步骤 3:计算h的值
当铁球摆动到最高点时,其动能全部转化为重力势能。设最高点与最低点的高度差为h,则有:
mgh=$\frac{1}{2}$mgL(1-cosθ)
解得:h=$\frac{L}{2}$(1-cosθ)