1.如图甲所示,半径r= 1m的圆筒竖直放置,上下底面圆心分别为O和O′,筒内有三个互成120°角且可以绕OO′转动的竖直矩形叶片S1、S2和S3,叶片与圆筒上下齐平,宽度等于圆筒半径,N为圆筒上底边沿一点。圆筒上底面固定一半径
的水平圆形轨道,轨道上有一长度可忽略的缺口位于O点,OM为轨道直径且OM⊥ON;在轨道的M点放置一小物体,某时刻该物体在内力作用下突然分成A、B两部分并弹开,其质量分别为mA、mB。A以vA= 1m/s的速率沿轨道运动至缺口进入圆筒,在筒内做平抛运动后恰好紧贴圆筒下底面沿边穿出。已知g= 10m/s2。忽略空气阻力及一切摩擦,轨道、圆筒和叶片的厚度均忽略不计。

(1)求A在轨道内运动的时间及圆筒高度;
(2)若叶片以恒定角速度
顺时针转动,且A运动至缺口时,
恰好转过位置,如图乙所示,随后A未与叶片碰撞,从圆筒下底面沿边穿出时,
恰好转至位置。
(ⅰ)求角速度的大小
;
(ⅱ)若B运动至缺口后能从任意两个叶片间的区域穿过圆筒,且未与叶片及筒壁碰撞,求
。

【详解】(1)A在轨道内做匀速圆周运动,运动时间
由题知,A以vA= 1m/s的速率沿轨道运动至缺口进入圆筒,在筒内做平抛运动后恰好紧贴圆筒下底面沿边穿出,则在水平方向有r= vAt
解得t= 1s
竖直方向有
(2)(ⅰ)由于A未与叶片碰撞,从圆筒下底面沿边穿出时,叶片转动了
,则叶片角速度
(ⅱ)物体在内力作用下突然分成A、B两部分并弹开有mA vA=mBvB
则
由于B未与筒壁碰撞则有
且A运动至缺口时,S1恰好转过ON位置,则以此时为时间基准,则B从M到O所用的时间
要使B运动至缺口后能从任意两个叶片间的区域穿过圆筒,则B运动到O时S1或S2或S3要运动到ON反向的位置,则叶片转过的角度
(k= 0,1,2,3,…)
B不与叶片碰撞必须满足
解得
(k= 0,1,2,3,…)
则
(k= 0,1,2,3,…)
