题目内容

(13分)一竖直固定光滑的半圆形轨道ACB,圆心为O,半径为R。在最高点A把小球以平抛,小球碰到轨道后不反弹(沿轨道径向速度减为0),忽略一切阻力,求:

(1)小球打到轨道上D点(图中未画出)时下落的高度;

(2)小球到达最低点B时速度和对轨道的压力。

 

【答案】

(1)1.5R(2)

【解析】(1)小球做平抛运动。设小球打到轨道上得D点,D点可能在水平位置C的上方,也可能在下方,

设OD与竖直方向夹角为

,    (1分)

   (1分)

联立解得 (2分)

(1分)

(2)刚要到D点水平速度(1分)

竖直速度(1分)

打到D点后,沿轨道径向速度减为0,只保留切向的速度

(2分)

设小球在最低点速度为,从D点处到最低点,由机械能守恒得:

   (1分)

设小球在最低点受到轨道的支持力N,则

             (1分)

所以            (1分)

由牛顿第三定律,小球对轨道的压力为 (1分)

本题考查平抛运动/圆周运动和动能定理的应用,从A点小球做平抛运动,由水平方向和竖直方向的分运动,设垂直打在D点,由半径垂直弧面可知速度方向沿着半径方向,设出角度后根据两个分运动列方程可求得第一问, 打到D点后,沿轨道径向速度减为0,只保留切向的速度,由速度的分解可知切向速度大小,到达最低点由动能定理可解得到达最低点速度大小,在最低点由支持力和重力的合力提供向心力,从而解得支持力大小

 

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