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  417049  417057  417063  417067  417073  417075  417079  417085  417087  417093  417099  417103  417105  417109  417115  417117  417123  417127  417129  417133  417135  417139  417141  417143  417144  417145  417147  417148  417149  417151  417153  417157  417159  417163  417165  417169  417175  417177  417183  417187  417189  417193  417199  417205  417207  417213  417217  417219  417225  417229  417235  417243  447090 

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