Question

3．如圖，一個質(zhì)量為0.3kg的小球以某一初速度從P點水平拋出，恰好從光滑圓弧ABC的A點的切線方向進入圓�。ú挥嬁諝庾枇Γ�．已知圓弧的半徑R=0.3m，θ=60°，小球到達A點時的速度v=6m/s．（取g=10m/s）求：
（1）小球做平拋運動的初速度v₀；
（2）P點與A點的水平距離和豎直高度；
（3）若小球到達圓弧最高點C時速度為3$\sqrt{3}$m/s求此時球?qū)�軌道的壓力大小�?

Answer 1

分析 （1）恰好從光滑圓弧ABC的A點的切線方向進入圓弧，說明到到A點的速度v_A方向與水平方向的夾角為θ，這樣可以求出初速度v₀；
（2）平拋運動水平方向做勻速直線運動，豎直方向做自由落體運動，根據(jù)平拋運動的基本規(guī)律求出P點與A點的水平距離和豎直距離；
（3）在C點，重力和彈力的合力提供向心力，根據(jù)向心力公式和牛頓第二定律列式求出小球在最高點C時對軌道的壓力．

解答 解：（1）小球到A點的速度如圖所示，由圖可知
v₀=v_x=v_Acosθ=6×cos60°=3m/s 
（2）根據(jù)平拋運動的分運動公式，有：
${v}_{y}={v}_{A}sin60°=3\sqrt{3}m/s$
由平拋運動規(guī)律得：
${{v}_{y}}^{2}=2gh$
h=1.35m，
v_y=gt
x=v₀t
解得：x=0.9$\sqrt{3}$m
（3）由圓周運動向心力公式得：
${N}_{C}+mg=m\frac{{{v}_{C}}^{2}}{R}$
代入數(shù)據(jù)得：
N_C=24N
由牛頓第三定律得：小球?qū)�軌道的壓力大小：N_C′=N_C=24N．
答：（1）小球做平拋運動的初速度v₀為3m/s；
（2）P點與A點的水平距離為0.9$\sqrt{3}$m，豎直高度為1.35m；
（3）若小球到達圓弧最高點C時速度為3$\sqrt{3}$m/s，則此時球?qū)�軌道的壓力大小�?4N．

點評 本題是平拋運動和圓周運動相結(jié)合的典型題目，除了運用平拋運動和圓周運動的基本公式外，本題第三問中C點速度可以利用動能定理求解出來．