如图所示的“S”字形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等半圆连接

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  • 解题思路:(1)对a到p运用动能定理求出小球到达P点的速度,根据平抛运动的规律求出小物体抛出后的水平射程.

    (2)根据牛顿第二定律求出管道对小物体的作用力大小和方向.

    (3)当小球在“S”形道中间位置轨道对地面的压力为零,此时速度最小,根据动能定理,结合牛顿第二定律求出最小的速度.

    (1)设小物体运动到p点的速度大小为v,对小物体由a点运动到p点过程运用动能定理得,

    −μmgL−mg•4R=

    1

    2mv2−

    1

    2mv02

    小物体自p点做平抛运动,设运动时间为t,水平射程为s,则:

    4R=

    1

    2gt2

    s=vt

    联立代入数据解得s=0.4

    6m.

    (2)设在轨道的最高点时管道对小物体的作用力大小为F,取竖直向下为正方向,根据牛顿第二定律得,F+mg=m

    v2

    R

    联立代入数据解得:

    F=1.1N,方向竖直向下.

    (3)分析可知,要使小球以最小速度v0运动,且轨道对地面的压力为零,则小球的位移应该在“S”形道中间位置.

    根据牛顿第二定律得,F′+mg=m

    v12

    R F′=Mg

    根据动能定理得,−μmgL−2mgR=

    1

    2mv12−

    1

    2mv02

    解得v0=5m/s.

    答:

    (1)小物体从P点抛出后的水平射程为0.4

    6m.

    (2)管道对小物体作用力的大小为1.1N,方向竖直向下

    (3)当v0=5m/s,轨道对地面的压力为零.

    点评:

    本题考点: 动能定理;牛顿第二定律;向心力.

    考点点评: 本题综合考查牛顿第二定律和动能定理的运用,难度中等,涉及到圆周运动,平抛运动,需加强这方面题型的训练.