Question

圖示為豎直面內的光滑半圓弧軌道，O為圓心，A、B是位于同一水平線的圓弧上的兩點，C為圓弧最低點，AC間有一光滑直桿，OA與豎直方向的夾角為θ（θ＜10°）．現有可視為質點的甲乙兩小球分別套在AC直桿、BC圓弧上（圖中未畫出），另一可視為質點的小球丙處于O點．現讓甲、乙、丙三小球分別從A、B、O點無初速釋放，到達C處所經過的時間分別為t₁、t₂、t₃，不計空氣阻力，不考慮三小球的碰撞，則關于時間t₁、t₂、t₃的大小關系，下列說法正確的是（　　）

A．t₁＜t₃

B．t₁＞t₃

C．t₁＜t₂

D．t₁=t₂

Answer 1

分析：物體沿著位于同一豎直圓上所有光滑細桿由靜止下滑，到達圓周最低點的時間相等，所有無論θ多大，t₁是不變的，從B點釋放做圓周運動，從O點釋放做自由落體運動，根據運動學基本公式表示出運動的時間即可比較．

解答：解：A、B、物體沿著位于同一豎直圓上所有光滑細桿由靜止下滑，到達圓周最低點的時間相等，所有無論θ多大，t₁是不變的，證明如下：
由幾何關系可知l_AC=2Rsinα
物體從A運動到C的過程中加速度a=gsinα
根據勻加速運動位移時間公式得：2Rsinα=

1

2

gsinαt²
解得：t=

4R g

所有無論θ多大，物體從A運動到C的時間都為t₁=

4R g

從O點釋放做自由落體運動，t₃=

2R g

所以t₁＞t₃，故A錯誤，B正確；
C、D、從B點釋且θ＜10°，所以從B點釋放做單擺運動，
所以t₂=

T

4

=

1

4

×2π

2R g

=

π

2

2R g

，所以t₁＜t₂，故C正確，D錯誤．
故選BC

點評：本題要求同學們知道等時圓的概念，即物體沿著位于同一豎直圓上所有光滑細桿由靜止下滑，到達圓周最低點的時間相等，難度適中．