解题思路:(1)球m从水平直径的一端到达最高点的过程中,只有重力对系统做功,机械能守恒,根据系统的机械能守恒求解球m的速度大小.此过程中,m球上升的高度等于R,而B球下降的高度为
π
2
R
,运动过程中,两个小球的速度大小相等.
(2)重力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可.
(1)取m、M的起始位置为零势能面.设当m运动到圆柱顶时的速度为v,
此时M向下移动[πR/2]
该系统的机械能 E2=mgR+(−Mg
πR
2)+
1
2(M+m)v2
机械能守恒E1=E2,即 0=mgR+(−Mg
πR
2)+
1
2(M+m)v2
得 v2=
gR(πM−2m)
M+m;
故v=
gR(πM−2m)
M+m;
(2)m对圆柱体顶端的压力为零,mg=m
v2
R
将速度代入,有:mg=m
gR(πM−2m)
R(M+m)
解得:[m/M=
π−1
3];
答:(1)m在最高点时的速度大小为
gR(πM−2m)
M+m;
(2)当m与M的比值为[π−1/3]时,m对圆柱体顶端的压力为零.
点评:
本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.
考点点评: 本题绳系物体系统问题,根据系统机械能守恒求解速度,要注意M下落的高度是绳子运动的长度,和m上升的高度不等,难度适中.