解题思路:先研究三棱柱固定不动的情形,根据小球平抛运动的规律和几何关系求出水平位移和竖直位移的关系;再研究三棱柱移动的情形,小球平抛运动的竖直位移为原来的一半,得到三棱柱移动的距离,由牛顿第二定律求解恒力的大小.
三棱柱固定不动时,小球做平抛运动的水平位移为x1,竖直位移为y1,运动时间为t1,有:
x1=v0t1,
y1=[1/2g
t21]
由几何关系有:
y1
x1=tanθ
由于小球落在A,所以有:x1=AB,y1=CB
三棱柱移动时,小球做平抛运动的水平位移为x2,竖直位移为y2,运动时间为t2,有:
x2=v0t2,
y2=[1/2g
t22]
由于小球落在AC中点,所以有:y2=[1/2]y1
三棱柱移动的距离 x=x2-[1/2]x1,
三棱柱的加速度为a,由运动学公式有:x=[1/2a
t22]
由牛顿第二定律有:F=Ma
联立解得:F=
(
2−1)Mg
tanθ
答:所施加水平恒力的大小F为
(
2−1)Mg
tanθ.
点评:
本题考点: 平抛运动;运动的合成和分解.
考点点评: 本题是多体多情景的问题,既要单独研究两个物体的运动情况,更要善于抓住两者之间的关系,如位移关系,运用几何知识和运动学公式、牛顿第二定律进行分析和解答.