如图,质量m=1kg的物体以v0=4m/s的初速度从水平面的某点向右运动并冲上半径R=0.1m的竖直光滑半圆环.物体与水

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  • 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.