题目内容

5.如图所示,在竖直平面内固定一个$\frac{3}{4}$光滑圆管轨道,轨道半径为R,质量为m的小球从轨道顶端A点无初速释放,然后从轨道底端B点水平飞出落在某一坡面上,坡面呈抛物线形状,且坡面的抛物线方程为y=$\frac{1}{3R}$x2.已知B点离地面O点的高度也为R.(重力加速度为g,忽略空气阻力.)求:
(1)小球在B点对轨道的弹力;
(2)小球落在坡面上的动能.

分析 (1)根据动能定理求出小球在B点时的速度,再列出在B点时的牛顿第二定律表达式即可求解;
(2)根据平抛规律可求出小球在坡面上时的竖直分速度,然后求出动能即可

解答 解:(1)从A到B,$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$-0=3mgR
得:vB=$\sqrt{6gR}$
在B点:N-mg=$\frac{{mv}_{B}^{2}}{R}$
代入数据可得:N=7mg
由牛顿第三定律可得:N=-N′=-7mg,方向竖直向下.         
(2)小球离开B点后做平抛运动 
x=vBt=$\sqrt{6gR}•t$
y=$\frac{1}{2}$gt2
又:R-y=$\frac{1}{3R}$x2
 代入数据可得:y=$\frac{R}{5}$
由动能定理可得:mgy=EK-$\frac{1}{2}$mv$\stackrel{2}{B}$
代入数据:EK=$\frac{16}{5}$mgR
答:(1)小球在B点对轨道的弹力为-7mg,方向竖直向下;
(2)小球落在坡面上的动能为$\frac{16}{5}$mgR

点评 应明确:①涉及到圆周运动的动力学问题应根据牛顿第二定律并结合动能定理求解;②涉及到平抛运动问题,应根据平抛规律求解

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