Question

如图所示，一可视为质点的物体质量为m=1kg，在左侧平台上水平抛出，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点进入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑，A、B为圆弧两端点，其连线水平，O为轨道的最低点．已知圆弧半径为R=1.0m，对应圆心角为θ=106°，平台与AB连线的高度差为h=0.8m．（重力加速度g=10m/s²，sin53°=0.8，cos53°=0.6）求：
（1）物体平抛的初速度；
（2）物体运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力．

Answer 1

（1）由于物体无碰撞进入圆弧轨道，即物体落到A点时速度方向沿A点切线方向，则
tanα=

Vy

V0

=

gt

V0

=tan53°
又由h=

1

2

gt²
联立以上各式得v₀=3m/s．
（2）设物体到最低点的速度为v，由动能定理，有

1

2

mv²-

1

2

mv₀²=mg[h+R（1-cos53°）]
在最低点，据牛顿第二定律，有
F_N-mg=m

V2

R

代入数据解得F_N=43N
由牛顿第三定律可知，物体对轨道的压力为43N．
答：（1）物体平抛的初速度为3m/s；
（2）物体运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力为43N．