Question

如图所示，半径R=0.80m的光滑圆弧轨道竖直固定，过最低点的半径OC处于竖直位置，其右方有底面半径r=0.2m的转筒，转筒顶端与C等高，下部有一小孔，距顶端h=1m，转筒的轴线与圆弧轨道在同一竖直平面内，开始时小孔也在这一平面内的图示位置．现使一质量m=0.1kg的小物块自A点由静止开始下落后打在圆弧轨道上的B点但不反弹，在瞬间碰撞过程中，小物块沿半径方向的分速度立刻减为0，沿切线方向的分速度不变．此后，小物块沿圆弧轨道滑下，到达C点时触动光电装置，使转筒立刻以某一角速度匀速转动起来，且小物块最终正好进入小孔．已知A、B到圆心O的距离均为R，与水平方向的夹角均为θ=30°，不计空气阻力，g取l0m/s²，求：

（1）小物块刚下落到B点时，在与B点碰撞前的瞬时速度的大小；
（2）小物块到达C点时受到轨道的支持力的大小；  
（3）转筒轴线距C点的距离L；
（4）转筒转动的角速度ω.

Answer 1

（1）4m/s（2）3.5N （3）2.2m （4） (n=1,2,3……)

试题分析：（1）由图可知三角形AB0是等边三角形，所以AB的长度为R=0.8m，
小球下落后做自由落体运动，根据自由落体运动位移速度公式得：
（2）在瞬间碰撞过程中，小物块沿半径方向的分速度立刻减为0，沿切线方向的分速度不变．所以碰后小球速度为：
从B到C得运动过程中运用动能定理得：，解得；在C点根据向心力公式得：代入数据解得：
根据牛顿第三定律可知：小物块到达C点时对轨道的压力大小
（3）小球从C点抛出后做平抛运动，竖直方向：
水平方向：
所以
（4）小物块最终正好进入小孔，所以在小球做平抛运动的时间里，转筒正好转了n圈，
即，解得ω= (n=1,2,3……)
点评：过程比较复杂，难度较大，需要对物体在各个过程中的运动性质正确理解，