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             

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  402299  402307  402313  402317  402323  402325  402329  402335  402337  402343  402349  402353  402355  402359  402365  402367  402373  402377  402379  402383  402385  402389  402391  402393  402394  402395  402397  402398  402399  402401  402403  402407  402409  402413  402415  402419  402425  402427  402433  402437  402439  402443  402449  402455  402457  402463  402467  402469  402475  402479  402485  402493  447090 

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