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如图,在竖直平面内,一半径为R的光滑圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切.BC...

如图,在竖直平面内,一半径为R的光滑圆弧轨道ABC和水平轨道PAA点相切.BC为圆弧轨道的直径.O为圆心,OAOB之间的夹角为α,sinα=,一质量为m的小球沿水平轨道向右运动,经A点沿圆弧轨道通过C点,落至水平轨道;在整个过程中,除受到重力及轨道作用力外,小球还一直受到一水平恒力的作用,已知小球在C点所受合力的方向指向圆心,且此时小球对轨道的压力恰好为零.重力加速度大小为g.求:

(1)水平恒力的大小和小球到达C点时速度的大小;

(2)小球到达A点时动量的大小;

(3)小球从C点落至水平轨道所用的时间.

 

(1)(2)(3) 【解析】 试题分析 本题考查小球在竖直面内的圆周运动、受力分析、动量、斜下抛运动及其相关的知识点,意在考查考生灵活运用相关知识解决问题的的能力. 解析(1)设水平恒力的大小为F0,小球到达C点时所受合力的大小为F.由力的合成法则有 ① ② 设小球到达C点时的速度大小为v,由牛顿第二定律得 ③ 由①②③式和题给数据得 ④ ⑤ (2)设小球到达A点的速度大小为,作,交PA于D点,由几何关系得 ⑥ ⑦ 由动能定理有 ⑧ 由④⑤⑥⑦⑧式和题给数据得,小球在A点的动量大小为 ⑨ (3)小球离开C点后在竖直方向上做初速度不为零的匀加速运动,加速度大小为g.设小球在竖直方向的初速度为,从C点落至水平轨道上所用时间为t.由运动学公式有 ⑩ 由⑤⑦⑩式和题给数据得 点睛 小球在竖直面内的圆周运动是常见经典模型,此题将小球在竖直面内的圆周运动、受力分析、动量、斜下抛运动有机结合,经典创新.  
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A. ABC落地前在空中排列成一条竖直线

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