题目内容

3.如图所示,小球沿水平面以初速度v0通过O点进入半径为R的竖直半圆弧轨道,不计一切阻力,则(  )
A.球进入竖直半圆弧轨道后做匀速圆周运动
B.若小球能通过半圆弧最高点P,则球在P点受力平衡
C.若小球恰能通过半圆弧最高点P,则小球落地点到O点的水平距离为2R
D.若小球的速度不满足过最高点P,则小球到达P点前一定脱离轨道做向心运动

分析 球进入竖直半圆弧轨道后做变速圆周运动.小球能通过半圆弧最高点P,球运动到P时向心力不为零.若小球恰能通过半圆弧最高点P,由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出小球通过P点的速度大小,由平抛运动知识求出水平距离

解答 解:A、小球受重力和支持力,进入竖直半圆轨道后,做减速圆周运动,故A错误;
B、若小球能通过半圆弧最高点P,在P点做圆周运动,根据牛顿第二定律可知,在最高点受力一定不平衡,故B错误;
C、若小球恰能通过半圆弧最高点P,根据牛顿第二定律可知mg=$\frac{m{v}^{2}}{R}$,解得v=$\sqrt{gR}$,竖直方向做自由落体运动,2R=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$,解得t=$2\sqrt{\frac{R}{g}}$,水平方向通过的位移为x=vt=2R,故C正确
D、若小球的速度不满足过最高点P,若能到达半圆中点以上,小球到达P点前一定脱离轨道做斜抛运动,若能到达半圆中点一下,则沿原路径返回,故D错误;
故选:C

点评 本题是圆周运动临界条件与平抛运动的综合应用.小球恰能通过半圆弧最高点P,由重力提供向心力,临界速度为vP=$\sqrt{gR}$,是常用的临界条件.

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