Question

如圖所示，AB是在豎直平面內(nèi)的1/4圓周的光滑圓弧軌道，過(guò)圓弧軌道下端邊緣B點(diǎn)的切線是水平的，B點(diǎn)距正下方水平地面上C點(diǎn)的距離為h．一質(zhì)量為m的小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）自A點(diǎn)由靜止釋放，并從B點(diǎn)水平飛出，最后落到水平地面上的D點(diǎn)．已知小物塊落地點(diǎn)D到C點(diǎn)的距離為x，重力加速度為g，空氣阻力可忽略不計(jì)，求：
（1）小物塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大��；
（2）圓弧軌道的半徑；
（3）小物塊滑到B點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)其作用力的大小．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求出小物塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大小即平拋的初速度大�。�
（2）研究物塊從A到B，由動(dòng)能定理求出圓弧軌道的半徑．
（3）物塊在B點(diǎn)受重力和支持力，由牛頓第二定律和牛頓第三定律求出小物塊滑到B點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)其作用力的大�。�

解答：解：（1）設(shè)物塊平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得：
豎直方向：

h= 1 2 gt2

 得：t=

2h g

水平方向：

x=vBt

解得：V_B=

gx2 2h

  ①
（2）研究物塊從A到B，由動(dòng)能定理得：
mgR=

1

2

m

v

2 B

-0    ②
由①②解得：R=

x2

4h

（3）物塊在B點(diǎn)受重力和支持力，由牛頓第二定律：
FN-mg=m

v 2 B

R

③
由②③解得F_N=3mg
根據(jù)牛頓第三定律得小物塊滑到B點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)其作用力的大小等于軌道對(duì)物塊的支持力，
所以小物塊滑到B點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)其作用力的大小為3mg．
答：（1）小物塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大小是

gx2 2h

；
（2）圓弧軌道的半徑是

x2

4h

；
（3）小物塊滑到B點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)其作用力的大小是3mg．

點(diǎn)評(píng)：該題主要考查了平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、圓周運(yùn)動(dòng)向心力公式及動(dòng)能定理的應(yīng)用，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．