题目内容

如图所示,光滑圆管形轨道AB部分平直,BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆,圆管截面半径rR,有一质量为m,半径比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圆管.

(1)若要小球能从C端出来,初速度v0多大?

(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁的压力有哪几种典型情况,初速度各应满足什么条件?

答案:
解析:

  解:(1)小球在管内运动过程中,只有重力做功,机械能守恒.要求小球能从C射出,小球运动到C点的速度vC>0.根据机械能守恒即可算出初速度v0,小球从C点射出时可能有三种典型情况:①刚好对管壁无压力;②对下管壁有压力;③对上管壁有压力.同理由机械能守恒可确定需满足的条件.

  小球从A端射入后,如果刚好能到达管顶,则vC=0

  由机械能守恒

  得

  因此,要求小球能从C端射出,必须使vC>0

  所以入射速度应满足条件

  (2)小球从C端射出的瞬间,可以由三种典型情况:

  ①刚好对管壁无压力,此时需要满足条件

  

  

  联立得入射速度

  ②对下管壁有压力,此时相应的入射速度为

  

  ③对上管壁有压力,相应的入射速度为

  


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