(1)小滑块作平抛运动,设C点的速度为v C则s=v ct (1)
2R=
1
2 g t 2 (2)
由(1)、(2)式得 v c =
s
2
g
R =10m/s
(2)A到B过程,由动能定理
Fs-μmgs=
1
2 m v 2 (3)
在B点, F N -mg=m
v 2
R (4)
由(3)、(4)得 F N =
2s
R F+(mg-
2sμ
R mg) (5)
由图象得,当F=0.5N,F N=3N代入(5)式得μ=0.25.
(3)要使小滑块始终不脱离轨道,则当小球运动到与O点等高时速度恰好为0,或恰好到最高点由重力提供向心力.
①当小球运动到与O点等高时速度恰好为零,
Fs-μmgs-mgR=0 (6)
同时要求小滑块能运动到B点 Fs-μmgs=
1
2 m v 2 >0 (7)
由(6)、(7)式得025N<F≤0.5N 小滑块始终不脱离轨道
②当恰好到最高点由重力提供向心力.
mg=m
v 2
R (8)
Fs-μmgs-mg×2R=
1
2 m v 2 (9)
由(8)、(9)式得F=0.875N,故当F≥0.875N时小滑块始终不脱离轨道.
答:(1)小滑块在C点的速度大小为10m/s.
(2)滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.25.
(3)水平恒力F的范围为F≥0.875N或025N<F≤0.5N.