(6分)一質點作半徑為R的圓周運動,如圖所示,以A點為起始點,到B點時的位移大小為 ;路程為 。
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質量為 M、半徑為 R 的勻質水平圓盤靜止在水平地面上,盤與地面間無摩擦。圓盤中心處有一只質量為 m 的小青蛙(可處理成質點),小青蛙將從靜止跳出圓盤。為解答表述一致,將青蛙跳起后瞬間相對地面的水平分速度記為 vx,豎直向上的分速度記為 vy,合成的初始速度大小記為 v,將圓盤后退的速度記為 u。
(1)設青蛙跳起后落地點在落地時的圓盤外。
(1.1)對給定的 vx,可取不同的 vy,試導出跳起過程中青蛙所做功 W 的取值范圍,答案中可包含的參量為 M、R、m、g(重力加速度)和 vx。
(1.2)將(1.1)問所得 W 取值范圍的下限記為 W0,不同的 vx對應不同的 W0值,試導出其中最小者 Wmin,答案中可包含的參量為 M、R、m 和 g。
(2)如果在原圓盤邊緊挨著放另外一個相同的靜止空圓盤,青蛙從原圓盤中心跳起后瞬間,相對地面速度的方向與水平方向夾角為 45°,青蛙跳起后恰好能落在空圓盤的中心。跳起過程中青蛙所作功記為 W’,試求 W’與(1.2)問所得 Wmin間的比值 γ=W‘/Wmin,答案中可包含的參量為 M 和 m。
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