解题思路:(1)在M点由重力提供向心力时,速度最小,从M点抛出后做平抛运动,根据平抛运动的基本公式即可求解落到水平面时落点到N点的距离的最小值;、
(2)物体从出发点到M点过程用动能定理列式,从M点抛出后做平抛运动,根据平抛运动的基本公式列式,联立方程即可求出y2随x变化的关系,结合图象的斜率即可求解;
(3)物体不会在M到N点的中间离开半圆轨道,即物体可以从M点飞出求出,或正好运动到与圆心等高处速度为零,分两种情况求解范围.
(1)物体能从M点飞出,则有:mg=m
vmin
R
vmin=
gR
从M点抛出后做平抛运动,水平方向有:xmin=vmint…①
竖直方向有:2R=
1
2gt2…②
由①②得:xmin=2R=2×0.1=0.2m
(2)物体从出发点到M点过程用动能定理得:
−μmgx−mg2R=
1
2mvM2−
1
2mv02…③
y=vMt…④
2R=
1
2gt2…⑤
由③、④、⑤得:y2=−
4
5μx+
12
25…⑥
由图知−
4
5μ=
0−0.48
3−0
得:μ=0.2
(3)物体不会在M到N点的中间离开半圆轨道,即物体恰好从M点飞出,有:xmin=0.2m…⑦
⑦代入⑥得:xmax=2.75m
或物体刚好至圆轨道最右侧减速为0,由动能定理得:
−μmgxmin−mgR=0−
1
2mv02
代入数据得:xmin=3.5m
综上可得:x≥3.5m或x≤2.75m
答:(1)物体能从M点飞出,落到水平面时落点到N点的距离的最小值为0.2m;
(2)物体与水平面间的动摩擦因数μ为0.2.
(3)要使物体从某点出发后的运动过程中不会在N到M点的中间离开半圆轨道,出发点到N点的距离x的取值范围为x≥3.5m或x≤2.75m.
点评:
本题考点: 动能定理;向心力.
考点点评: 本题主要考查了向心力公式、平抛运动基本公式及动能定理的直接应用,注意第三问的第二种情况,即正好运动到与圆心等高处速度为零的情况,难度适中.