题目内容

如图,一个质量为0.6kg 的小球以某一初速度从P点水平抛出,恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧(不计空气阻力,进入圆弧时无机械能损失).已知圆弧半径R=0.3m,θ=60°,小球到达A点时的速度 vA=4m/s.(取g=10m/s2)求:
(1)小球做平抛运动的初速度v;
(2)P点与A点的水平距离和竖直距离;
(3)小球到达圆弧最高点C时对轨道的压力.
【答案】分析:(1)恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧,说明到到A点的速度vA方向与水平方向的夹角为θ,这样可以求出初速度v;
(2)平抛运动水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,根据平抛运动的基本规律求出P点与A点的水平距离和竖直距离;
(3)选择从A到C的运动过程,运用动能定理求出C点速度,根据向心力公式求出小球在最高点C时对轨道的压力.
解答:解:(1)小球恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧,则小球到A点的速度与水平方向的夹角为θ,所以:
           v=vx=vAcosθ=4×0.5m/s=2m/s 
    (2)vy=vAsinθ=4×m/s=2m/s
       由平抛运动的规律得:x=vt,vy=gt,=2gh
       带入数据,解得:h=0.6m,x=m.
    (3)从A到C的运动过程中,运用动能定理得:
        
       带入数据解之得:vC=m/s.
       由圆周运动向心力公式得:
       代入数据解之得:NC=8N
       由牛顿第三定律,得:小球对轨道的压力大小8N,方向竖直向上.
答:(1)小球做平抛运动的初速度v为2m/s;(2)P点与A点的水平距离为m,竖直距离为0.6m;
   (3)小球到达圆弧最高点C时对轨道的压力大小为8N,方向竖直向上.
点评:本题是平抛运动和圆周运动相结合的典型题目,除了运用平抛运动和圆周运动的基本公式外,求速度的问题,动能定理不失为一种好的方法.
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