题目内容
如图所示,质量为m可看作质点的小球从静止开始沿斜面由A点滑到B点后,进入与斜面圆滑连接的(1)小球到达C点的速为多少度vc为多少?
(2)圆筒转动的最大周期T?
(3)在圆筒以最大周期T转动的情况下,要完成上述运动圆筒的半径R′必须为多少?
【答案】分析:(1)对小球从A→C,运用根据机械能守恒定律求出小球到达C点的速度.
(2)小球向上穿出圆筒所用时间是转动周期的奇数倍,小球从离开圆筒到第二次进入圆筒所用时间是圆筒周期的整数倍,根据竖直上抛运动的时间求出周期的通项,即可求得最大周期.
(3)根据周期的表达式求出最大周期,从而求出在圆筒内竖直上升的位移,即半径的2倍,根据该关系求出圆筒的半径.
解答:解(1)对小球从A→C由机械能守恒定律得:mgh=mgR+
代入数值解出 v=2m/s
(2)如图所示,小球向上穿出圆筒所用时间为t1
则t1=
(k=1,2,3…)

小球从离开圆筒到第二次进入圆筒所用时间为2t2.
2t2=nT (n=1,2,3…)
对小球由C竖直上抛的上升阶段,由速度公式得:
0=v-g(t1+t2)
联立解得 T=
s
当n=k=1时,Tmax=0.2s
(3)对小球在圆筒内上升的阶段,由位移公式得:
2R′=vt1-
代入数值解得 R′=0.075m
答:
(1)小球到达C点的速为多少度vc为2m/s.
(2)圆筒转动的最大周期T是0.2s.
(3)在圆筒以最大周期T转动的情况下,要完成上述运动圆筒的半径R′必须为0.075m.
点评:解决本题的关键要抓住圆筒转动的周期性,以及竖直上抛运动的时间与圆筒转动时间的关系,再运用运动学公式求解.
(2)小球向上穿出圆筒所用时间是转动周期的奇数倍,小球从离开圆筒到第二次进入圆筒所用时间是圆筒周期的整数倍,根据竖直上抛运动的时间求出周期的通项,即可求得最大周期.
(3)根据周期的表达式求出最大周期,从而求出在圆筒内竖直上升的位移,即半径的2倍,根据该关系求出圆筒的半径.
解答:解(1)对小球从A→C由机械能守恒定律得:mgh=mgR+
代入数值解出 v=2m/s
(2)如图所示,小球向上穿出圆筒所用时间为t1
则t1=
小球从离开圆筒到第二次进入圆筒所用时间为2t2.
2t2=nT (n=1,2,3…)
对小球由C竖直上抛的上升阶段,由速度公式得:
0=v-g(t1+t2)
联立解得 T=
当n=k=1时,Tmax=0.2s
(3)对小球在圆筒内上升的阶段,由位移公式得:
2R′=vt1-
代入数值解得 R′=0.075m
答:
(1)小球到达C点的速为多少度vc为2m/s.
(2)圆筒转动的最大周期T是0.2s.
(3)在圆筒以最大周期T转动的情况下,要完成上述运动圆筒的半径R′必须为0.075m.
点评:解决本题的关键要抓住圆筒转动的周期性,以及竖直上抛运动的时间与圆筒转动时间的关系,再运用运动学公式求解.
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