(2007•徐州一模)如图所示,一个[3/4]圆弧形光滑细圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A

(2007•徐州一模)如图所示,一个[3/4]圆弧形光滑细圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A 点与水平地面AD相接,地面与圆心O等高,MN是放在水平地面上长为3R、厚度不计的垫子,左端M正好位于A点.将一个质量为m,直径略小于圆管直径的小球从A处管口正上方某处由静止释放,不考虑空气阻力.
(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时对管的作用力大小和方向如何?
(2)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是多少?
惠一玄 1年前 已收到1个回答 举报

chenxiongwei518 幼苗

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解题思路:离开C点小球做平抛运动,由平抛运动的规律可以求得C点速度的大小.
根据牛顿第二定律求得弹力.
小球下降的高度最高时,小球运动的水平位移为4R,打到N点根据平抛运动求得速度.
根据机械能守恒定律求解.

(1)小球离开C点做平抛运动,落到M点时水平位移为R,竖直下落高度为R,根据运动学公式可得:
R=[1/2]gt2
运动时间t=

2R
g
从C点射出的速度为
v1=[R/t]=

gR
2
设小球以v1经过C点受到管子对它的作用力为N,由向心力公式可得
mg-N=m

v21
R
N=mg-m

v21
R=[mg/2],
由牛顿第三定律知,小球对管子作用力大小为[mg/2],方向竖直向下.
(2)小球下降的高度最高时,小球运动的水平位移为4R,打到N点.
设能够落到N点的水平速度为v2,根据平抛运动求得:
v2=[4R/t]=
8gR
设小球下降的最大高度为H,根据机械能守恒定律可知,
mg(H-R)=[1/2]mv22
H=

v22
2g+R=5R
答:(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时对管的作用力大小为[mg/2],方向竖直向下. (2)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是5R.

点评:
本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;平抛运动;向心力.

考点点评: 知道物体的运动过程,根据物体的不同的运动状态,采用相应的物理规律求解即可.

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