解题思路:(1)恰好从光滑圆弧PQ的P点的切线方向进入圆弧,说明到到P点的速度vP方向与水平方向的夹角为θ,这样可以求出初速度v0;
(2)平抛运动水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,根据平抛运动的基本规律求出P点与A点的水平距离和竖直距离,并进行合成求出位移大小;
(3)根据机械能守恒定律求得Q点速度,再运用牛顿第二定律和圆周运动知识求解.
(1)小球从A到P的高度差h=R(1+cos53°)①
小球做平抛运动有h=[1/2gt2 ②
则小球在P点的竖直分速度vy=gt③
把小球在P点的速度分解可得tan53°v0=vy④
由①②③④解得:小球平抛初速度v0=3m/s
(2)小球平抛下降高度 h=
1
2]vyt
水平射程s=v0t
故A、P间的距离
l=
h2+s2=
2
13
5m
(3)小球从A到达Q时,根据机械能守恒定律可知vQ=v0=3m/s
在Q点根据向心力公式得:
m
vQ2
R=N+mg
解得;N=m
vQ2
R-mg=14.4-8=6.4N
根据牛顿第三定律得:小球沿轨道通过圆弧的最高点Q时对轨道的压力N′=N=6.4N
答:(1)小球从平台上的A点射出时的速度大小为3m/s;
(2)小球从平台上的射出点A到圆轨道人射点P之间的距离
2
13
5m;
(3)小球沿轨道通过圆弧的最高点Q时对轨道的压力大小为6.4N
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: 恰能无碰撞地沿圆弧切线从B点进入光滑竖直圆弧轨道,这是解这道题的关键,理解了这句话就可以求得小球的末速度,本题很好的把平抛运动和圆周运动结合在一起运用机械能守恒解决,能够很好的考查学生的能力,是道好题.本题是平抛运动和圆周运动相结合的典型题目,除了运用平抛运动和圆周运动的基本公式外,求速度的问题,动能定理不失为一种好的方法.