如图所示,轨道ABCD的AB段为一半径R=0.2m的光滑[1/4]圆形轨道,BC段为高h=5m的竖直轨道,CD段为水平轨
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解题思路:①小球做平抛运动,根据平抛运动的规律可以求得水平距离;

②小球在B点时做的是匀速圆周运动,对小球受力分析,由向心力的公式可以求得小球受到的支持力的大小,在根据牛顿第三定律可以知道对圆形轨道的压力大小;

③小球做平抛运动,根据平抛运动的规律可以求得水平距离,与斜面的长度相对比,可以知道,小球将落在斜面上,再根据平抛运动的规律可以求得落在斜面上的位置.

(1)设小球离开B点做平抛运动的时间为t1,落地点到C点距离为s

竖直方向,由h=[1/2]gt12

得:t1=

2h

g=

2×5

10s=1s

水平方向:s=vB•t1=2×1 m=2 m

(2)小球达B受重力G和向上的弹力F作用,根据向心力公式和牛顿第二定律得:

F=F-G=m

v2

R解得F=3N

由牛顿第三定律知球对B的压力F′=-F,即小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N,方向竖直向下.

(3)如图,斜面BEC的倾角θ=45°,CE长d=h=5m

因为d>s,所以小球离开B点后能落在斜面上,

假设小球第一次落在斜面上F点,BF长为L,小球从B点到F点的时间为t2

Lcosθ=vBt2

Lsinθ=[1/2]gt22

联立①②两式得:t2=0.4s

L=

vBt2

cosθ=

2×0.4

2

2m=0.8

2m≈1.13m

答:①小球离开B点后,在CD轨道上的落地点到C的水平距离为2m;

②小球到达B点时对圆形轨道的压力大小为3N;

③小球离开B点后能落到斜面上,它第一次落在斜面上的位置距离B点为1.13m.

点评:

本题考点: 牛顿运动定律的综合应用;牛顿第三定律;平抛运动;向心力.

考点点评: 本题考查了圆周运动和平抛运动的规律,平抛运动可以分解为在水平方向上的匀速直线运动,和竖直方向上的自由落体运动来求解.