Question

5．如圖所示，質(zhì)量為m的小球（可看做質(zhì)點）在豎直放置的半徑為R的固定光滑圓環(huán)軌道內(nèi)運動．若小球通過最高點時的速率為v₀=$\sqrt{gR}$，下列說法中正確的是（　�。�

• A． 小球在最高點時受重力和軌道對它的彈力兩個力的作用
• B． 小球在最高點對圓環(huán)的壓力大小為mg
• C． 小球在最高點時重力的瞬時功率為0
• D． 小球繞圓環(huán)運動一周的時間大于$\frac{2πR}{{v}_{0}}$

Answer 1

分析 小球通過最高點時由合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律分析小球受力．小球在最高點時重力的瞬時速率由公式P=mgvcosα，α是重力與速度的夾角．根據(jù)小球做變速圓周運動，由運動學(xué)規(guī)律分析其周期．

解答 解：AB、小球通過最高點時，設(shè)軌道對它的作用力大小為F，由牛頓第二定律得：mg+F=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$，又v₀=$\sqrt{gR}$，解得 F=0，即小球在最高點時軌道對小球沒有作用力，小球只受重力作用，所以小球在最高點對圓環(huán)的壓力大小也為零．故A、B錯誤．
C、小球在最高點時重力的瞬時速率為 P=mgv₀cos90°=0，故C正確．
D、若小球以大小為v₀的線速度做勻速圓周運動時，其周期為 T=$\frac{2πR}{{v}_{0}}$，現(xiàn)由于小球在最高點的速度最小，所以小球在繞圓環(huán)運動一周的時間小于$\frac{2πR}{{v}_{0}}$，故D錯誤．
故選：C

點評 本題綜合運用了機械能守恒定律和牛頓第二定律，關(guān)鍵理清向心力的來源，運用牛頓第二定律分析小球的受力情況．