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题目
如图所示,小球沿光滑的水平面冲上一个光滑的半圆形轨道,轨道半径为R,小球在轨道的最高点对轨道的压力等于小球的重力.求:

(1)小球离开轨道落到距地面
R
2
高处时,小球的水平位移;
(2)小球落地时的速度.

提问时间:2020-08-07

答案
(1)小球在轨道最高点的速度v0,根据牛顿第二定律得:
N+mg=m
v02
R

因为N=mg,
所以2mg=m
v02
R

解得:v0=
2Rg

若运动到离地
R
2
高所用时间为t,则
3
2
R=
1
2
gt2

解得:t=
3
R
g

所以水平位移x=v0t=
6
R

(2)设落地竖直方向速度vy,则
vy2=2g•2R.
落地速度vt=
v02+vy2
=
6Rg

答:(1)小球离开轨道落到距地面
R
2
高处时,小球的水平位移为
6
R

(2)小球落地时的速度为
6Rg
根据最高点球对轨道弹力,运用牛顿第二定律求出小球在最高点的速度大小.小球离开最高点最平抛运动,根据高度求出运动的时间,从而根据水平方向上的运动求出水平位移.根据运动学公式求出落地时水平方向和竖直方向的速度,根据平行四边形定则求出落地的速度大小.

向心力;平抛运动;机械能守恒定律.

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