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.