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问题: 高一3

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解答:

要保证W1/W2的比值最大,则W1要(在允许范围内)最大,且W2要(在允许范围内)最小,此时就达到最大
第一次打击时,小球没有通过最高点。由于小球始终在圆弧上运动,那么小球最高只能运动到1/4圆弧处。(因为再高一点的话,小球就会从其到达的最高点自由下落一段距离,那么小球就脱离了圆形轨道。如图,图中红线部分为自由下落阶段)然后小球再沿原路返回。
设小球运动的圆周轨道半径为R,则:
W1max=mg*R……………………………………………………………(1)
那么,小球在最低点被打击之后具有的动能就应该为:
(1/2)mv1^2=mgR………………………………………………………(2)
第二次打击时,小球通过最高点。且小球一直沿圆形轨道运动,即说明小球刚好完成一次圆周运动,那么:
在最高点时,由重力提供向心力
所以:mv^2/R=mg
则,mv^2=mgR
此时,小球在最低点的动能为:
(1/2)mv2^2-mg*2R=(1/2)mv^2=(1/2)mgR
所以:(1/2)mv2^2=(5/2)mgR………………………………………(3)
因为小球第一次返回时,还具有水平方向的动能,且与打击方向相反,所以:
W2min-(1/2)mv1^2=(1/2)mv2^2
即:W2min=(1/2)mv2^2+(1/2)mv1^2=(5/2)mgR+mgR=(7/2)mgR……(4)
所以:
W1max/W2min=(mgR)/[(7/2)mgR]=2/7