如图所示.为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图．其下半部AB是长为2R的竖直细管.上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管.管口C沿水平方向．AB管内有一个原长为R.下端固定的轻质弹簧．投饵时.每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定.在弹簧上端放置一粒鱼饵.解除锁定.弹簧可将鱼饵弹射出去．设质量为m的鱼饵到达管口C时.对� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

如图所示，为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图．其下半部AB是长为2R的竖直细管，上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口C沿水平方向．AB管内有一个原长为R、下端固定的轻质弹簧．投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去．设质量为m的鱼饵到达管口C时，对管壁的作用力恰好为零．不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能；已知重力加速度为g．求：
（1）质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v．
（2）弹簧压缩到0.5R时的弹性势能E_p．

分析：（1）鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力完全由重力提供，有牛顿第二定律列出向心力的方程，速度可求．
（2）不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，所以鱼饵增加的机械能都是弹簧做功的结果，由功能关系知道弹簧具有的弹性势能等于鱼饵增加的机械能．

解答：解：（1）由题意知，质量为m的鱼铒到达管口C时做圆周运动的向心力完全由重力提供，则：
mg=m

…①
由①式解得：v=

…②
（2）弹簧的弹性势能全部转化为鱼铒的机械能，由机械能守恒定律得：
Ep=mg（1.5R+R）+

mv2…③
由②③两式解得：E_p=3mgR
答：（1）质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小为

．
（2）弹簧压缩到0.5R时的弹性势能为3mgR．

点评：本题考查了圆周运动最高点的动力学方程以及机械能守恒定律的应用，难度适中．

练习册系列答案

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如图4－3－13所示为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部AB是一长为2R的竖直细管，上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧．投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去．设质量为m的鱼饵到达管口C时，对管壁的作用力恰好为零．不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能．已知重力加速度为g.求：

(1)质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v₁；

(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能E_p；

(3)已知地面与水面相距1.5R，若使该投饵管绕AB管的中轴线OO′在90°角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在m到m之间变化，且均能落到水面．持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少？

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