题目内容

7.某游乐场开发了一个名为“翻天滚地”游乐项目.原理图如图所示:一个$\frac{3}{4}$圆弧形光滑圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A点与水平地面AD相接,地面与圆心O等高,MN是放在水平地面上长为3R、厚度不计的减振垫,左端M正好位于A点.让游客进入一个中空的透明弹性球,人和球的总质量为m,球的直径略小于圆管直径.将球(内装有参与者)从A处管口正上方某处由静止释放后,游客将经历一个“翻天滚地”的刺激过程.不考虑空气阻力.那么以下说法中正确的是(  )
A.要使球能从C点射出后能打到垫子上,则球经过C点时的速度至少为$\sqrt{gR}$
B.要使球能从C点射出后能打到垫子上,则球经过C点时的速度至少为$\sqrt{\frac{gR}{2}}$
C.若球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则球经过C点时对管的作用力大小为$\frac{mg}{2}$
D.若球从C点射出后恰好能打到垫子的N端,则球经过C点时对管的作用力大小为7mg

分析 要使球能从C点射出后能打到垫子上,小球平抛运动的水平位移最大为4R,最小为R,根据平抛运动的规律和机械能守恒定律结合求解球经过C点时的最小速度.再由机械能守恒定律和牛顿运动定律结合求球对管道的作用力.

解答 解:AB、要使球能从C点射出后能打到垫子上,从C点开始做平抛运动,竖直分位移为R,故有:
 R=$\frac{1}{2}$gt2;
 x=vCt
其中:4R≥x≥R
解得:$\sqrt{\frac{gR}{2}}$≤vC≤$\sqrt{8gR}$,因此要使球能从C点射出后能打到垫子上,则球经过C点时的速度至少为$\sqrt{\frac{gR}{2}}$.故A错误,B正确;
C、若球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,在C点的速度为$\sqrt{\frac{gR}{2}}$;
在C点,由重力和支持力的合力提供向心力,设管道对球的支持力向下,根据牛顿第二定律,有:
 N+mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$
解得:N=-$\frac{1}{2}$mg,负号表示方向与假设方向相反,是向上.根据牛顿第三定律得,球经过C点时对管的作用力大小为$\frac{mg}{2}$.故C正确.
D、若球从C点射出后恰好能打到垫子的N端,在C点的速度为$\sqrt{8gR}$,在C点,由牛顿第二定律得
   N+mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$,解得 N=7mg
由牛顿第三定律可知,球经过C点时对管的作用力大小为7mg.故D正确.
故选:BCD

点评 本题关键明确小球的运动规律,结合牛顿第二定律、向心力公式、平抛运动的分运动公式和机械能守恒定律列式求解.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网