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v0射入圆管.

(1)若要小球能从C端出来,初速v0多大?

(2)在小球从C端出来的瞬间,对管壁压力有哪几种典型情况,初速v0各应满足什么条件?

答案:
解析:

  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端射出,小球运动到C点的速度vC>0.根据机械能守恒定律即可算出初速v0.小球从C端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.

  机械能守恒定律和圆周运动经常结合在一起来考查相关的题目,要注意圆周运动的特点,要分清绳和杆的区别,单侧轨道和双侧轨道的区别.还要注意的就是如果是绳子作用在物体上,物体又在竖直平面内运动,还要考虑的就是到达最高点有一个最小速度的问题,即v≥

  (1)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,根据mv02=mg·2R

  可得:v0

  因此,要求小球能从C端出来,必须使vC>0,所以入射速度应满足条件v0

  (2)小球从C端出来的瞬间,可以有三种典型情况:

  ①刚好对管壁无压力,此时需满足条件

  mg=

  联立得入射速度v0

  ②对下管壁有压力,此时相应的入射速度为

  <v0

  ③对上管壁有压力,相应的入射速度为v0


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