解题思路:(1)设小球通过D点的速度为v,根据向心力公式列出方程,小球从P点落下直到沿光滑轨道运动的过程中,机械能守恒,可解得H的高度;
(2)先求出0点的最小速度,然后根据机械能守恒定律得到要到达0点需要从多高的地方下落,把这个高度和H进行比较即可解题;
(3)先求出小球由H落下通过O点的速度,小球通过O点后作平抛运动,设小球经时间t落到AB圆弧轨道上,根据几何关系即可求解.
(1)设小球通过D点的速度为v,则有:
m
v2
R
2=F=
14
3mg
小球从P点落下直到沿光滑轨道运动的过程中,机械能守恒,有mg(H+[R/2])=[1/2mv2
可得高度H=
2
3R=10m
(2)设小球能够沿竖直半圆轨道运动到O点的最小速度为vc,有m
vC2
R
2=mg
小球至少应从Hc高处落下,mgHC=
1
2mvC2
解得HC=
R
4]由H>HC,小球可以通过O点.
(3)小球由H落下通过O点的速度为v0=
2gH=14.1m/s
小球通过O点后作平抛运动,设小球经时间t落到AB圆弧轨道上,有
x=v0t
y=
1
2gt2
且x2+y2=R2
可解得时间t=1s(另解舍弃)
落到轨道上速度的大小v=
v02+g2t2=17.3m/s
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: 整个过程中物体的机械能守恒,离开O点小球做平抛运动,直到落到轨道上,知道物体的运动过程,根据物体的不同的运动状态,采用相应的物理规律求解即可.