Question

11．如圖所示，半徑為R、內(nèi)徑很小的光滑半圓管固定子啊豎直平面內(nèi)，其中A、B為最高、最低點、兩個質(zhì)量均為m的小球a、b以不同的速率水平向右從B點進入管內(nèi)，a球通過最高點A時，對管壁上部的壓力為3mg；b通過最高點A時，對管壁下部的壓力為0.75mg，求：
（1）a、b兩球落地點間的距離
（2）a、b兩球落地時的速率之比．

Answer 1

分析 對兩個球分別受力分析，根據(jù)合力提供向心力，求出速度，此后球做平拋運動，正交分解后，根據(jù)運動學公式列式求解即可．
由動能定理分別對兩球進行分析，則可求得落地時的速率之比．

解答 解：兩個小球在最高點時，受重力和管壁的作用力，這兩個力的合力作為向心力，離開軌道后兩球均做平拋運動，A、B兩球落地點間的距離等于它們平拋運動的水平位移之差．
對A球：3mg+mg=m$\frac{v_A^2}{R}$
解得
v_A=$\sqrt{4gR}$
對B球：mg-0.75mg=m$\frac{v_B^2}{R}$
解得
v_B=$\sqrt{\frac{1}{4}gR}$
由平拋運動規(guī)律可得落地時它們的水平位移為：
s_A=v_At=v_A$\sqrt{\frac{4R}{g}}$=4R
s_B=v_Bt=v_B$\sqrt{\frac{4R}{g}}$=R
解得：s_A-s_B=3R
即a、b兩球落地點間的距離為3R
（2）小球落地時的速度分別設(shè)為v_a'，v_b'；則有：
$\frac{1}{2}$mv_a′²-$\frac{1}{2}$mv_a²=mg2R
$\frac{1}{2}$mv_b′²-$\frac{1}{2}$mv_b²=mg2R
解得：$\frac{{v′}_{a}}{v{′}_}$=$\sqrt{\frac{32}{17}}$
答：（1）a、b兩球落地點間的距離為3R；
（2）a、b兩球落地時的速率之比為$\sqrt{\frac{32}{17}}$

點評 本題關(guān)鍵是對小球在最高點處時受力分析，然后根據(jù)向心力公式和牛頓第二定律求出平拋的初速度，最后根據(jù)平拋運動的分位移公式列式求解．