解题思路:(1)当圆环运动到B点时,重物下降到最低点位置,则取环与重物作为系统,由于只有重力做功,所以系统的机械能守恒,因此根据机械能守恒定律可解出圆环的速度大小;
(2)当圆环下滑到最大距离时,圆环与重物的速度均为零,再由机械能守恒定律,结合几何关系可求出圆环下滑的最大距离;
(3)圆环下滑到C点时,根据几何关系来确定变化的高度,再由机械能守恒定律,并结合运动的分解来确定圆环下滑到C点时的速度大小.
(1)圆环到C点时,重物下降到最低点,此时重物速度为零.
根据几何关系可知:圆环下降高度为hAB=[3/4]L,
重物下降的高度为△h=[5/4]L-L=[1/4]L
系统只有重力做功,所以系统机械能守恒
则有:mghAB+5mg△h=[1/2]mv12
由上可解得:圆环的速度为v1=2
gL
(2)圆环能下滑最大距离H时,圆环和重物速度均为零.
由几何关系可得:重物上升的高度△H=
(H-
3
4L)2-[5/4]L
由于系统只有重力做功,所以系统机械能守恒
则有:mgH=5mg△H
解得:H=[25/12]L
(3)圆环到C点时,下落高度hAC=[3/2]L,重物高度不变,
设圆环速度为v2,此时重物速度为v2cos53°.
系统机械能守恒
则有:mghAC=[1/2]mv22+[1/2]×5m(v2cos53°)2
解得:v2=
15
14gL
答:(1)重物下降到最低点时圆环的速度大小为2
gL;
(2)圆环能下滑的最大距离[25/12]L;
(3)圆环下滑到C点时的速度大小为
15
14gL.
点评:
本题考点: 机械能守恒定律.
考点点评: 本题多次运用几何关系及机械能守恒定律,定律的表达式除题中变化的动能等于变化的重力势能外,还可以写成圆环的变化的机械能等于重物的变化的机械能.同时关注题中隐含条件的挖掘:重物下降到最低点的同时其速度等于零.