如图所示,一个四分之三圆弧形光滑细圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A点与水平地面AD相接,地面与圆心O

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  • 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.