Question

如圖所示，平臺上的小球從A點水平拋出，恰能無碰撞地進入光滑的BC斜面，經C點進入光滑平面CD時速率不變，最后進入懸掛在O點并與水平面等高的弧形輕質筐內．已知小球質量為m，A、B兩點高度差h，BC斜面高2h，傾角α=45°，懸掛弧筐的輕繩長為3h，小球看成質點，輕質筐的重量忽略不計，弧形輕質筐的大小遠小于懸線長度，重力加速度為g，試求：
（1）B點與拋出點A的水平距離x；
（2）小球運動至C點的速度v_c大小
（3）小球進入輕質筐后瞬間，小球所受拉力F的大�。�

Answer 1

（1）小球至B點時速度方向與水平方向夾角為45°，設小球拋出的初速度為v₀，A點至B點時間為t．則得：
h=

1

2

gt2，得 t=

2h g

又tan45°=

v0

gt

=

v0

g? 2h g

=

v0

2gh

得：v₀=2

gh

則得：x=v₀t=?

2h g

得水平距離：x=2h
（2）設小球至B點時速度為v_B，在斜面上運動的加速度為a，
v_B=

2

v₀，
a=gsin45°，
由動能定理得：

v

2C

-

v

2B

=2a?

2h

sin45°

聯立以上幾式得：v_C=2

2gh

（3）小球進入輕筐后做圓周運動，由牛頓第二定律得：F-mg=m

v 2C

3h

，
解得小球所受拉力：F=

11

3

mg
答：
（1）B點與拋出點A的水平距離x為2h；
（2）小球運動至C點的速度v_c大小為2

2gh

．
（3）小球進入輕質筐后瞬間，小球所受拉力F的大小為

11

3

mg．