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一、圆周运动中的多解问题
匀速圆周运动的多解问题常涉及两个物体的两种不同运动,其中一个做匀速圆周运动,另一个做其他形式的运动。因匀速圆周运动具有周期性,使得在一个周期中发生的事件在其他周期同样可能发生,这就要求我们在解决此类问题时,必须考虑多解的可能性,一般处理这类问题时,要把一个物体的运动时间t,与圆周运动的周期T建立起联系才会较快的解决问题。
[例1] 如图所示,水平放置的圆筒绕其中心对称轴OO′匀速转动,筒壁上P处有一小圆孔,桶壁很薄,桶的半径R=2 m,圆孔正上方h=3.2 m处有一小球由静止开始下落,已知圆孔的半径略大于小球的半径。已知小球刚好能从孔中进入圆筒,并且与圆筒不发生碰撞离开圆筒。求:
(1)小球在圆筒中运动的时间?
(2)圆筒转动的角速度是多大?(空气阻力不计,g取10 m/s2)。
解析 (1)据自由落体运动规律,有h=gt,
解得t1=0.8 s,
h+2R=gt,解得t2=1.2 s,故小球在圆筒中运动的时间Δt=t2-t1=0.4 s;
(2)根据小球在圆筒中运动时间与圆筒自转的时间相等,则有θ=ωΔt=(2k-1)π(k=1,2,3,…),解得ω=(k=1,2,3,…)。
答案 (1)0.4 s (2)(k=1,2,3,…)
[针对训练1] 如图所示是一种子弹测速器,甲、乙两圆盘均以角速度ω旋转,甲、乙两圆盘相距d,一个子弹P从甲盘某条半径O1A射入,从乙盘O2B′半径上射出,测得跟O1A平行的半径O2B与O2B′之间夹角为θ,子弹穿过盘时的阻力不计,求子弹的速度。
解析 子弹在两盘间运动的时间为t=
在子弹穿过两盘的时间t内,盘子转过的角度为2kπ+θ(k=0,1,2,3…)
由题意可得:=(k=0,1,2,3…)
解得:v=(k=0,1,2,3…)
答案 (k=0,1,2,3,…)