如图所示,内壁光滑的细圆管一端弯成半圆形APB,另一端BC伸直,水平放置在桌面上并固定.APB半径R=1.0m,BC长L=1.5m,桌子高度h=0.8m.质量m=0.1kg的小球以一定的水平初速度从A点沿过A点的切线射入管内,从C点离开管道后水平抛出,落地点D离开C的水平距离s=2m,不计空气阻力,g取10m/s2.求:
(1)小球运动到圆轨道中点P时的角速度ω;
(2)小球从A点运动到D点的时间t;
(3)在P点圆管对小球的弹力F的大小.
网友回答
解:(1)小球从C到D的过程中做平抛运动,则有:
解得:
小球在圆轨道中点P的加速度ω==5rad/s
(2)小球从A点运动到B点的时间:
t1==0.628s
从B点运动到D点的时间t2=
则小球从A点运动到D点的时间为t=t1+t2=1.328s
(3)在P点,小球所受的向心力
FN=
所以圆管对小球的弹力F==N=2.7N
答:(1)小球运动到圆轨道中点P时的角速度ω为5rad/s;
(2)小球从A点运动到D点的时间为1.328s;
(3)在P点圆管对小球的弹力F的大小为2.7N.
解析分析:(1)小球从C到D的过程中做平抛运动,根据平抛运动的基本规律求出小球在C点的速度,根据圆周运动角速度和线速度的关系即可求解.
(2)小球在圆管内做匀速圆周运动,求出在圆管中运动的时间,小球从B点运动到D点水平方向做匀速直线运动,根据位移速度公式求出时间,两段时间之和即为所求时间;
(3)根据向心力公式求出小球在P点所需要的向心力,根据力的合成原则求解圆管对小球的弹力.
点评:本题主要考查了平抛运动、圆周运动的基本公式的直接应用,要求同学们能正确分析出小球的运动情况,难度适中.