题目内容

如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定位置.将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M3m的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变(重力加速度为g)。

求:(1)小物块下落过程中的加速度大小;

(2)小球从管口抛出时的速度大小;

(3)小球在做平抛过程中的水平位移。

(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律:

MgTMa                                             

Tmgsin30°=ma                     

M3m

解得ag                          ③           (4分)

(2)设M落地时的速度大小为vm射出管口时速度大小为v0M落地后m的加速度为a0.根据牛顿第二定律有:

mgsin30°=ma0                                                (2分)

又由匀变速直线运动,

v2=2aLsin30°,                                       ⑤                      (2分)

vv2=2a0L(1-sin30°)              ⑥            (2分)

解得v0=                      ⑦           (1分)

 (3)平抛运动

xv0t                                   (1分)

Lsin30°=gt2                                            (2分)

解得水平位移xL                           (2分)

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