如图所示,光滑水平面右端B处连接一个竖直的半径为R=0.4m的光滑半圆形轨道,B点为水平面与轨道的切点,用水平力F将质量

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  • 解题思路:(1)小球恰能到达C点,靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出C点的速度,然后再根据动能定理求出小球在B点的速度大小.

    (2)根据动能定理求出小球运动到D点的速度,沿半径方向的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出轨道对小球的弹力,从而得出小球对轨道的压力.

    (3)小球从C点出来后做平抛运动,可通过平抛运动的公式和动能定理求出力F和L的关系,再通过数学知识求出最小的力及此时的L.

    (1)小球恰好通过C点,在C点重力提供向心力:mg=m

    vc

    R①

    B到C由动能定理得:-2mgR=

    1

    2mvc2−

    1

    2mvB2②

    联立①②解得vB=

    5gR=4.47m/s

    故小球在B点的速度大小为4.47m/s.

    (2)D到C由动能定理得,−mgR=

    1

    2mvc2−

    1

    2mvD2③

    在D点有:N=m

    vD2

    R④

    联立③④两式解得:N=3mg=60N.

    故小球运动到D点时对圆形轨道的压力大小为60N.

    (3)A到C由动能定理得:FL-2mgR=

    1

    2mvc2⑤

    C到A小球做平抛运动:L=vct⑥

    2R=[1/2gt2⑦

    由⑤⑥⑦解得F=

    25L

    4+

    16

    L]

    由数学关系可知当[25L/4=

    16

    L]时,外力最小,最小值为:F=20N,此时L=1.6m.

    故推力最小值为20N,此时L的长度为1.6m.

    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: 该题把圆周运动和平抛运动的相关知识联系起来考查,提高了难度,要求同学们能够正确判断物体在某个阶段的运动情况和受力情况,难度较大.

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