24.(2009江苏省沛县中学月考)  如图所示,一个圆弧形光滑细圆管轨道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、厚度不计的垫子,左端M正好位于A点.将一个质量为m、直径略小于圆管直径的小球从A处管口正上方某处由静止释放,不考虑空气阻力.

 

(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时对管的作用力大小和方向如何?

(2)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是多少?

答案:(1)小球离开C点做平抛运动,落到M点时水平位移为R,竖直下落高度为R,根据运动学公式可得:

    运动时间             

从C点射出的速度为

                      

设小球以v1经过C点受到管子对它的作用力为N,由向心力公式可得

                  

,            

由牛顿第三定律知,小球对管子作用力大小为,方向竖直向下. 

(2)根据机械能守恒定律,小球下降的高度越高,在C点小球获得的速度越大.要使小球落到垫子上,小球水平方向的运动位移应为R-4R,由于小球每次平抛运动的时间相同,速度越大,水平方向运动的距离越大,故应使小球运动的最大位移为4R,打到N点.

设能够落到N点的水平速度为v2,根据平抛运动求得:

             

设小球下降的最大高度为H,根据机械能守恒定律可知,

               

               

 0  398475  398483  398489  398493  398499  398501  398505  398511  398513  398519  398525  398529  398531  398535  398541  398543  398549  398553  398555  398559  398561  398565  398567  398569  398570  398571  398573  398574  398575  398577  398579  398583  398585  398589  398591  398595  398601  398603  398609  398613  398615  398619  398625  398631  398633  398639  398643  398645  398651  398655  398661  398669  447090 

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