如图所示,位于竖直平面上的14圆弧轨道光滑,半径为R,OB沿竖直方向,上端A距地面高度为H,质量为m的小球从A点由静止释放,到达B点时的速度为2gR,最后落在地面上C点处,不计空气阻力.求:(1)小球刚运动到B点时的加速度为多大,对轨道的压力多大.(2)小球落地点C与B点水平距离为多少.

问题描述:

如图所示,位于竖直平面上的

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圆弧轨道光滑,半径为R,OB沿竖直方向,上端A距地面高度为H,质量为m的小球从A点由静止释放,到达B点时的速度为
2gR
,最后落在地面上C点处,不计空气阻力.求:

(1)小球刚运动到B点时的加速度为多大,对轨道的压力多大.
(2)小球落地点C与B点水平距离为多少.

(1)小球到达B点时的加速度 a=

v
2
B
R
=aB
则得:aB=
v
2
B
R
=
(
2gR
)2
R
=2g 
根据牛顿第二定律 FN-mg=maB=mg
得:FN=3mg
根据牛顿第三定律得:小球运动到B点对轨道的压力为 FN′=FN=3mg;
(2)小球从B点抛出后做平抛运动,竖直方向*落体,则有:
  H−R=
1
2
gt2

 水平方向匀速运动,有:
  s=vB
又 vB=
2gR

联立上三式得:s=2
R(H−R)

答:
(1)小球刚运动到B点时的加速度为2g,对轨道的压力为3mg.
(2)小球落地点C与B点水平距离为2
R(H−R)

答案解析:(1)已知小球到达B点时的速度,由向心加速度的公式a向=v2BR列式求解B点的加速度;经过B点时,由重力和轨道的支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出支持力,再由牛顿第三定律求出小球对轨道的压力.(2)小球从B点抛出后做平抛运动,根据平抛运动的位移公式求解;
考试点:向心力;牛顿第二定律;平抛运动.
知识点:本题要知道小球做圆周运动时,到B点的加速度即为B点的向心加速度.平抛运动根据运动的分解法进行研究.