Question

如圖半徑為R的

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4

圓弧支架豎直放置，支架底AB離地的距離為2R，圓弧邊緣C處有一小定滑輪，一輕繩兩端系著質量分別為m₁與m₂的物體，掛在定滑輪兩邊，且m₁=2m₂，開始時m₁、m₂均靜止，且m₁在圖示中的最高點緊貼圓弧邊緣，m₁、m₂可視為質點，不計一切摩擦．求：
（1）m₁釋放后經過圓弧最低點A時m₁、m₂的速度大小V₁、V₂的關系
（2）若m₁到最低點時繩突然斷開，求m₁落地點離A點水平距離
（3）設圓弧邊緣C到地面的豎直高度為H并保持不變，

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4

圓弧的半徑R可調，m₁到達最低點A時繩突然斷開，求R為多大時，小球m₁落地點離A點水平距離最遠？最遠距離為多少？

Answer 1

（1）設m₁運動到最低點時速度為v₁，此時m₂的速度為v₂，速度分解如圖，

沿著繩子方向的速度相等，得：v₂=v₁sin45°
（2）由m₁與m₂組成系統，機械能守恒，有m₁gR-m₂g

2

R=

1

2

m₁v₁²+

1

2

m₂v₂²
由上述兩式求：v₁=2

(m1- 2 m2)gR 2m1+m2

斷繩后m₁做平拋運動
t₁=

2h g

=2

R g

s=v₁t₁
兩式聯立解得s=4R
（3）若圓弧邊緣C到地面的豎直高度為H，則A點離地面的高度：h=H-R
平拋運動的時間：t=

2(H-R) g

則小球m₁落地點離A點水平距離x=v₁t=2

2(2- 2 )R(H-R) 5

由數學知識知當R=H-R時，即R=

H

2

時有最大值，x_max=2H

2- 2 10

答：（1）m₁釋放后經過圓弧最低點A時m₁、m₂的速度大小V₁、V₂的關系為v₂=v₁sin45°；
（2）若m₁到最低點時繩突然斷開，m₁落地點離A點水平距離4R；
（3）設圓弧邊緣C到地面的豎直高度為H并保持不變，

1

4

圓弧的半徑R可調，m₁到達最低點A時繩突然斷開，R為

H

2

時，小球m₁落地點離A點水平距離最遠，最遠距離為2H

2- 2 10

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