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如图所示,位于竖直平面内的1/4圆弧光滑轨道,半径为R轨道的最低点B的切线沿水平方向,轨道上端A距水平地面高度为H。质量为m的小球(可视为质点)从轨道最上端A点由静止释放,经轨道最下端B点水平飞出,最后落在水平地面上的C点处,若空气阻力可忽略不计,重力加速度为g。求:

1)小球运动到B点时,轨道对它的支持力多大;

2)小球落地点CB点的水平距离x为多少;

3)比值R/H为多少时,小球落地点CB点水平距离x最远;该水平距离最大值是多少?

答案

解析:1)小球从A点运动到B点的过程中,机械能守恒,设在B点的

速度为vB,根据机械能守恒定律有  mgR=mvB2………………………2分)

设小球在B点时所受轨道的支持力为FN,对小球在B点根据牛顿第二定律有

  FN-mg=m  ……………………………………………………………2分)

联立可解得FN=3mg…………………………………………………………1分)

2)小球离开B点后做平抛运动。

沿竖直方向有  H-R……………………………… ………………2分)

沿水平方向有  x=vBt …………………………………………………………2分)

联立解得  x=2…………………………………………………1分)

3)由x=2 2 可导出  x=

时,x有最大值。…………………………………………………3分)

x的最大值xm=H(或xm=2R  ……………………………………………1分)

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