(2011•福建)如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB是一长为2R的竖直细管,上半部BC是半径为R

(2011•福建)如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB是一长为2R的竖直细管,上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管,管口沿水平方向,AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧.投饵时,每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定,在弹簧上端放置一粒鱼饵,解除锁定,弹簧可将鱼饵弹射出去.设质量为m的鱼饵到达管口C时,对管壁的作用力恰好为零.不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,且锁定和解除锁定时,均不改变弹簧的弹性势能.已知重力加速度为g.求:
(1)质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v1
(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep
(3)已知地面与水面相距1.5R,若使该投饵管绕AB管的中轴线OO′.在90°角的范围内来回缓慢转动,每次弹射时只放置一粒鱼饵,鱼饵的质量在[2/3m
天之韵 1年前 已收到1个回答 举报

rqq2008 幼苗

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(1)质量为m的鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力,完全由重力提供,
则mg=m

v21
R]…①
由①式解得:v1=
gR…②
(2)从弹簧释放到最高点C的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能,由系统的机械能守恒定律有
Ep=mg(1.5R+R)+
1
2m
v21…③
由②③式解得:Ep=3mgR…④
(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响,质量为m的鱼饵离开管口C后做平抛运动,
设经过t时间落到水面上,离OO'的水平距离为x1,由平抛运动规律有:
4.5R=
1
2gt2…⑤
x1=v1t+R…⑥
由⑤⑥式解得:x1=4R…⑦
当鱼饵的质量为[2/3m时,设其到达管口C时速度大小为v2,由机械能守恒定律得:
Ep=
2
3mg(1.5R+R)+
1
2(
2
3m)
v22]…⑧
由④⑧式解得:v2=2
gR…⑨
质量为[2/3m的鱼饵落到水面上时,设离OO'的水平距离为x2,则
x2=v2t+R…⑩
由⑤⑨⑩式解得:x2=7R
鱼饵能够落到水面的最大面积S=
1
4(π
•X22−π
•X21)=
33
4πR2(或8.25πR2)
答:(1)鱼饵到达管口C时的速度大小v1=
gR];
(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep=3mgR;

1年前

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