Question

【題目】如圖所示，一個水平放置的圓桶正以中心軸勻速運動，桶上有一小孔，桶壁很薄，當小孔運動到桶的上方時，在孔的正上方h處有一個小球由靜止開始下落，已知圓孔的半徑略大于小球的半徑，為了讓小球下落時不受任何阻礙，h與桶的半徑R之間應滿足什么關系(不考慮空氣阻力)?

Answer 1

【答案】

【解析】試題分析：小球下落過程中做自由落體運動，根據自由落體運動位移時間公式分別求出小球下落h和（h+2R）的時間，要使小球通過圓孔，則小球下落到圓筒下表面時，圓孔也正好到達同一位置，根據角速度和時間的關系列式，聯立方程即可求解，注意周期性。

解：設小球下落h所用時間為t1，則

要使小球通過圓孔，則小球下落到圓筒上表面時，圓孔也正好到達同一位置，則有：

（n=0，1，2，3…）

設小球通過圓筒的時間為t2，則有：

要使小球從小孔穿出，則在t2時間內，圓桶轉過的角度應為：

（k=1，2，3…）

由以上各式解得： ，其中（n=0，1，2，3…；k=1，2，3…）。

點晴：本題的關鍵在于找出小球能夠穿過圓桶的條件，注意由于圓桶的轉動引起的多解問題。