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如图所示 竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道ABC 其半径为R A端与圆心O等高 B为轨道最

时间:2021-08-07 11:27:10

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如图所示 竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道ABC 其半径为R A端与圆心O等高 B为轨道最

问题补充:

如图所示,竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道ABC,其半径为R,A端与圆心O等高,B为轨道最低点,C为轨道最高点.AE为水平面,一小球从A点正上方由静止释放,自由下落至A点进入圆轨道并恰能到达C点.求:

(1)落点D与O点的水平距离S;

(2)释放点距A点的竖直高度h;

(3)若小球释放点距离A点的高度为H,假设轨道半径R可以改变,当R取多少时,落点D与圆心O之间的距离最大,并求出这个最大值.

答案:

解:(1)在C点有:mg=.

根据R=得,t=

s=

故落点D与O点的水平距离S为.

(2)从释放点到C点运用动能定理,有

h=

故释放点距A点的竖直高度h为.

(3)根据动能定理得,

平抛运动的时间t=

则平抛运动的水平位移x===

当R=时,落点D与圆心O之间的距离最大,最大值为H.

解析分析:(1)小球恰能到达C点,知小球到达C点时对轨道的压力为0,重力提供向心力,mg=求出C点的速度,小球离开C点做平抛运动,高度决定时间,根据时间和C点的速度求出水平距离.

(2)从释放点到C点运用动能定理,根据动能定理求出释放点距离A点的高度.

(3)求出当半径为R时,通过C点的速度和平抛运动的时间,然后求出水平位移,根据二次函数求极值的方法,求出落点D与圆心O之间的距离最大时R的值.

点评:解决本题的关键知道球到达C点时对轨道的压力为0,有mg=,以及能够熟练运用动能定理.

如图所示 竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道ABC 其半径为R A端与圆心O等高 B为轨道最低点 C为轨道最高点.AE为水平面 一小球从A点正上方由静止释放 自由下落至

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