解题思路:(1)小球离开C点做平抛运动,由平抛运动的规律可以求得C点速度的大小.
(2)对小球,通过C点时,由重力和圆管的作用力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求得圆管对小球的作用力,由牛顿第三定律得到小球对圆管的作用力;
(3)小球下降的高度最大时,离开C的水平位移为4R,恰好打到N点,根据平抛运动求得C点的速度.再根据机械能守恒定律求解小球离A点的最大高度.
(1)小球离开C点做平抛运动,落到M点时水平位移为R,竖直下落高度为R,根据运动学公式可得:
R=
1
2gt2
运动时间为:t=
2R
g
从C点射出的速度为:
v1=
R
t=
gR
2
(2)设小球以v1经过C点受到管子对它的作用力为N,由向心力公式可得:
mg-N=m
v12
R
解得:N=mg-m
v12
R=
mg
2,
由牛顿第三定律知,小球对管子作用力大小为[1/2mg,方向竖直向下.
(3)小球下降的高度最高时,小球运动的水平位移为4R,打到N点.
设能够落到N点的水平速度为v2,根据平抛运动求得:
v2=
4R
t=
8gR]
设小球下降的最大高度为H,根据机械能守恒定律可知,
mg(H-R)=
1
2mv22
解得:H=
v22
2g+R=5R
答:(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时速度为
gR
2;
(2)小球经过C点时对管道作用力的大小为
1
2mg,方向竖直向下;
(3)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是5R.
点评:
本题考点: 向心力;牛顿第二定律;平抛运动.
考点点评: 本题要分析清楚物体的运动过程,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.