Question

【題目】如圖所示，在豎直平面內固定有兩個很靠近的共面同心圓軌道，外圓光滑，內圓粗糙．一質量為m的小球從軌道的最低點以初速度v0向右運動，球的直徑略小于兩圓間距，球運動的軌道半徑為R，不計空氣阻力．設小球過最低點時重力勢能為零，已知重力加速度為g，下列說法正確的是（ ）

A．若小球運動到最高點時速度為0，則小球機械能守恒

B．若經過足夠長時間，小球最終的機械能可能為

C．若使小球始終做完整的圓周運動，則v0可以小于

D．若小球第一次運動到最高點時速度大小為0，則v0等于

Answer 1

【答案】B

【解析】

試題分析：若小球運動到最高點時受到為0，則小球在運動過程中一定與內圓接觸，受到摩擦力作用，要克服摩擦力做功，小球的機械能一定不守恒，故A錯誤；若初速度v0比較小，小球在運動過程中一定與內圓接觸，機械能不斷減少，經過足夠長時間，小球最終在圓心下方運動，最大的機械能為mgR，故B正確．

若使小球始終做完整的圓周運動，小球應沿外圓運動，在運動過程中不受摩擦力，機械能守恒，小球恰好運動到最高點時速度設為v，則有 ；由機械能守恒定律得：mv02=mg2R+mv2，小球在最低點時的最小速度，所以若使小球始終做完整的圓周運動，則v0一定不小于．故C錯誤．

如果內圓光滑，小球在運動過程中不受摩擦力，小球在運動過程中機械能守恒，如果小球運動到最高點時速度為0，由機械能守恒定律得：mv02=mg2R，小球在最低點時的速度，由于內圓粗糙，小球在運動過程中要克服摩擦力做功，則小球在最低點時的速度v0一定大于，故D錯誤．故選B．