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.