解题思路:对两个过程分别用于动能定理列式,分析第二种情况下在最高点时的受力情况,找出向心力,结合牛顿第二定律可得知管道对小球的作用力.
当小球在管道底部具有速度v时,运动到最高点速度为零,设半径为R,在该过程中,由动能定理有:
-2mgR=0-[1/2]mv2…①
当以2v的速度运动时,设到达最高点的速度为v′,由动能定理有:
-2mgR=[1/2]mv′2-[1/2]m(2v)2…②
小球在最高点时,重力和轨道的向下的支持力提供向心力,有牛顿第二定律有:
mg+N=m
v′2
R…③
联立①②③式解得:
N=11mg
答:管道对小球的作用力为11mg,方向向下.
点评:
本题考点: 动能定理;向心力.
考点点评: 解答该题的关键是正确对运动过程的进行分析,分析力的做功情况和特殊位置的受力情况,运用动能定理和牛顿运动定律解答.
动能定理适用于物体的直线运动,也适用于曲线运动;适用于恒力做功,也适用于变力做功;力可以是分段作用,也可以是同时作用,只要可以求出各个力的正负代数和即可,这就是动能定理的优越性.