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如图所示,内壁光滑的空心细管弯成的轨道ABCD固定在竖直平面内,其中BCD段是半径R0.25m的圆弧,C为轨道的最低点,CD圆弧,AC的竖直高度差h0.45m,在紧靠管道出口D处有一水平放置且绕其水平中心轴OO匀速旋转的圆筒,圆筒直径d0.15m,筒上开有小孔E,现有质量为m0.1kg且可视为质点的小球由静止开始从管口A滑下,小球滑到管道出口D处时,恰好能从小孔E竖直进入圆筒,随后,小球由小孔E处竖直向上穿出圆筒,不计空气阻力,取g10m/s2。求:

(1)小球到达C点时对管壁压力的大小和方向;

(2)圆筒转动的周期T的可能值。

答案

(1)4.6N,方向竖直向下;(2)sn0123

【解析】(1)小球从AC,由机械能守恒定律得

mgh

小球C点处,根据牛顿第二定律有

解得

根据牛顿第三定律知小球到达C点时对管壁压力的大小为4.6N,方向竖直向下;

(2)小球从AD,由机械能守恒定律得

mghmgR

代入数据解得

vD2m/s

小球由D点竖直上抛至刚穿出圆筒时,由位移公式得

dvDtgt2

解得

t10.1st20.3s(舍去)

小球能向上穿出圆筒所用时间满足

t2n1)(n0123

联立解得

Tsn0123

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