Question

如下圖所示，質(zhì)量為m可看作質(zhì)點的小球從靜止開始沿斜面由A點滑到B點后，進入與斜面圓滑連接的豎直圓弧管道，管道出口為C，圓弧半徑R=15cm，AB的豎直高度差h=35cm. 在緊靠出口C處，有一水平放置且繞其水平軸線勻速旋轉(zhuǎn)的圓筒（不計筒皮厚度），筒上開有小孔D，筒旋轉(zhuǎn)時，小孔D恰好能經(jīng)過出口C處. 若小球射出C口時，恰好能接著穿過D孔，并且還能再從D孔向上穿出圓筒，小球返回后又先后兩次向下穿過D孔而未發(fā)生碰撞. 不計摩擦和空氣阻力，取g=10m/s²，問：

   （1）小球到達C點的速度為多少？

   （2）圓筒轉(zhuǎn)動的最大周期T為多少？

   （3）在圓筒以最大周期T轉(zhuǎn)動的情況下，要完成上述運動圓筒的半徑R′必須為多少？

Answer 1

解：（1）對小球從A→C由機械能守恒定律得：

 

代入數(shù)值解出 v₀=2m/s

（2）小球向上穿出圓筒所用時間為t

  （k=1，2，3……）

小球從離開圓筒到第二次進入圓筒所用時間為2t₂。

2t₂=nT  （n=1，2，3……）

對小球由C豎直上拋的上升階段，由速度公式得：

 

聯(lián)立解得    

當(dāng)n=k=1時，    

（3）對小球在圓筒內(nèi)上升的階段，由位移公式得：

 

代入數(shù)值解得