如图所示,质量为4千克的小圆环穿在半径为0.5m的光滑圆形竖直轨道上,现用大小为30N、方向始终保持水平向右的力F作用在
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解题思路:由于小圆环恰好经过圆环形轨道上等效最低点时,重力和F的合力沿半径离开圆心时,圆环的动能最大.根据力的合成确定等效最低点的位置,再运用动能定理得出最大动能;

当圆环的速度为零时,到达最高点,根据动能定理求解最高点与最低点A的高度差.

设圆环运动到B点时,重力和F的合力沿半径离开圆心,B点为等效的最低点,此位置小圆环的动能最大.设B与圆心连线与竖直方向的夹角为α

则 tanα=[F/mg]=[3/4],则得sinα=[3/5],cosα=[4/5]

圆环从A到B的过程,由动能定理得:Ek=-mgR(1-cosα)+FRsinα

代入解得,最大动能为Ek=5J

当圆环的速度为零时,到达最高点,设最高点与圆心连线与竖直方向的夹角为θ

根据动能定理得:FRsinθ-mgR(1-cosθ)=0

最高点与最低点A的高度差为h=R(1-cosθ)

联立解得h=0.36m

故答案为:5,0.36

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: 本题是动能定理和临界条件的综合应用,可采用类比的方法,将圆环的运动与单摆运动比较,找到等效最低点.

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