题目内容

(2012江苏苏州期末)如图所示,水平地面与一半径为的竖直光滑圆弧轨道相接于B点,轨道上的C点位置处于圆心O的正下方.距地面高度为的水平平台边缘上的A点,质量为m的小球以的速度水平飞出,小球在空中运动至B点时,恰好沿圆弧轨道在该点的切线方向滑入轨道.小球运动过程中空气阻力不计,重力加速度为g ,试求:

   (1)B点与抛出点A正下方的水平距离x;

(2)圆弧BC段所对的圆心角θ;

(3)小球滑到C点时,对圆轨道的压力.

解; (1)设小球做平抛运动到达B点的时间为t,由平抛运动规律,

l=gt2,x=v0t,

联立解得x=2l。

(2)设小球到达B点时竖直分速度vy2=2gl,tanθ=vy/v0,解得θ=45°。

(3)小球从A运动到C点的过程中机械能守恒,设到达C点时速度大小为vC, 有机械能守恒定律,mgl(1+1-)=mvC2-mv02,

设轨道对小球的支持力为F,有:F-mg=m,

解得:F=(7-)mg,

由牛顿第三定律可知,小球对圆轨道的压力大小为F’=(7-)mg,方向竖直向下。

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