Question

【題目】如圖所示是某游戲設(shè)施的簡化圖，由光滑圓弧軌道AB、半徑R＝0.2 m的豎直圓軌道CDC、水平光滑軌道CE和粗糙水平軌道BC組成。NN'是一堵豎直墻，與E點的水平距離L＝4 m，MM'是一塊長L0=2.4 m的軟墊，水平軌道CE離地高度h＝3.2 m，M在E點的正下方。m＝1 kg的物體（可視為質(zhì)點）從離水平軌道BC高H的圓弧軌道上的A點無初速度釋放。已知物體與水平軌道BC間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，BC的長度x0＝9 m，重力加速度為g＝10 m／s2。

（1）若物體恰好能通過豎直圓軌道的最高點D，從E點水平拋出，求物體到達圓軌道最低點C時對軌道的壓力；

（2）物體拋出后，若撞在豎直墻上，撞擊前后，豎直方向上的速度大小、方向均不變，水平方向的速度大小不變，方向相反，欲使物體能順利通過豎直圓軌道最高點且安全落在軟墊MM'上，求物體釋放高度H的取值范圍。

Answer 1

【答案】（1）60 N，方向豎直向下；（2）4.25 m≤H≤6.8 m。

【解析】

(1)物體恰好能過最高點D有：

從C到D由機械能守恒得：

在C點有：

聯(lián)立解得：

由牛頓第三定律可知，物體到達圓軌道最低點C時對軌道的壓力大小為60N，方向豎直向下；

(2)由題意可知，要使物體能順利通過豎直圓軌道最高點且安全落在軟墊MM'上，物體從E飛出在水平方向的位移最大為2L（即打在M點），最小的位移為（L+L-L0）

物體運動的時間為：

從E點飛出的最大速度為：

最小速度為：

從A到E由動能定理得：

聯(lián)立解得：4.25 m≤H≤6.8 m。