Question

如圖所示，橫截面半徑為r的圓柱體固定在水平地面上．一個質量為m的小滑塊P從截面最高點A處以滑下．不計任何摩擦阻力．
（1）試對小滑塊P從離開A點至落地的運動過程做出定性分析；
（2）計算小滑塊P離開圓柱面時的瞬時速率和落地時的瞬時速率．
下面是某同學的一種解答：
（1）小滑塊在A點即離開柱面做平拋運動，直至落地．
（2）a、滑塊P離開圓柱面時的瞬時速率為．
b、由：得：
落地時的速率為
你認為該同學的解答是否正確？若正確，請說明理由．若不正確，請給出正確解答．

Answer 1

【答案】分析：（1）該同學分析是錯誤的．小滑塊在A點并不是立即離開柱面做平拋運動，直至落地，因為要離開柱面，小滑塊的速度至少為．再分析小滑塊的運動情況．
（2）滑塊沿柱面并不是做勻速圓周運動，應根據向心力和機械能守恒結合求解落地速度．
解答：解：（1）這位同學對過程的分析錯誤，物塊先沿著圓柱面加速下滑，然后離開圓柱面做斜下拋運動，離開圓柱面時的速率不等于v． 
（2）a、設物塊離開圓柱面時的速率為v，則有
 
根據機械能守恒得：
解得：
b、由：得：
落地時的速率為
答：（1）這位同學對過程的分析錯誤，物塊先沿著圓柱面加速下滑，然后離開圓柱面做斜下拋運動，離開圓柱面時的速率不等于v．
（2）a、滑塊P離開圓柱面時的瞬時速率為．b、落地時的速率為．
點評：本題關鍵要分析滑塊的運動過程，抓住臨界條件是分析的關鍵，再運用牛頓第二定律和機械能守恒進行求解．