解题思路:(1)根据小球恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道,说明小球的末速度应该沿着B点切线方向,再由圆的半径和角度的关系,可以求出B点切线的方向,即平抛末速度的方向,从而可以求得竖直方向分速度,进而求出高度;
(2)设小球能到达D点,根据机械能守恒定律求得D点速度,再运用牛顿第二定律和圆周运动知识求解.
(1)小球恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道,说明小球的末速度应该沿着B点切线方向,
将平抛末速度进行分解,根据几何关系得:
B点速度在竖直方向的分量:vy=v0tan60°=4
3m/s
竖直方向的分运动为自由落体运动.h=
vy2
2g=[48/20]=2.4m
(2)设小球能到达D点,根据机械能守恒定律,有[1/2]mvD2=[1/2]mv02+mg(h-R-Rcosθ)
解得vD=
34m/s>
gR=
10m/s,即小球能到达D点.
根据牛顿定律,有F′D+mg=m
vD2
R
代入数据,解得小球受到的压力F′D=12N
根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力为FD=F′D=12N,方向竖直向上.
答:(1)小球抛出点A距圆弧轨道B端的高度h是2.4m.
(2)小球能到达D点,对D点的压力是12N,方向竖直向上.
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: 恰能无碰撞地沿圆弧切线从B点进入光滑竖直圆弧轨道,这是解这道题的关键,理解了这句话就可以求得小球的末速度,本题很好的把平抛运动和圆周运动结合在一起运用机械能守恒解决,能够很好的考查学生的能力,是道好题.