题目内容

如图所示,固定在竖直平面内的光滑
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圆弧轨道ABCD,其A点与圆心等高,D点为轨道最高点,AC为圆弧的一条水平直径,AE为水平面.现使小球自A点正上方O点处由静止释放,小球从A点进入圆轨道后能通过轨道最高点D.则(  )
分析:若小球恰能到达D点,知小球到达D点时对轨道的压力为0,重力提供向心力,mg=m
v2
R
,求出D点的速度,小球离开D点做平抛运动,高度决定时间,根据时间和D点的速度求出水平距离,然后比较此最小距离与R的大小,判断落点.
解答:解:A、小球在最高点受重力和支持力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N+mg=m
v2
R

其中N≥0
故v≥
gR
,故A错误;
B、C、如果小球恰能通过最高点D,知小球到达D点时对轨道的压力为0,重力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
mg=m
v2
R

解得:v=
gR

小球离开D点后做平抛运动,根据平抛运动的分位移公式,有:
竖直分运动:R=
1
2
gt2
水平分运动:s=vt
解得:t=
2R
g

s=vt=
2
R
落点与O点的水平距离为:S=
2
R>R.
所以小球一定会落到水平面AE上,故C错误,B正确;
D、设初始位置高度为h,小球运动过程中机械能守恒,根据守恒定律,有:
mgh=mgR+
1
2
mv2

由于v≥
gR

故得:h≥1.5R,故D错误;
故选:B.
点评:本题关键明确小球运动过程中只有重力做功,机械能守恒;同时要明确最高点的最小速度对应着重力提供向心力的临界状态.
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