在电视中我们常看见魔术师使圆筒在空中无任何支撑条件下运动,简称“魔环运动”,其原理如图1所示.即水平地面上竖直放置一个质量为m、半径为R的光滑金属圆筒,在圆筒最底点P安装一个储备一定能量的弹簧装置,将一质量为2m的小球A(可视为质点)置于P点,打开弹簧装置将弹簧储备的能量全部转移给A,A就会从圆筒的P点运动到最高点Q,又从Q点运动P点,在这一过程中,圆筒将离开地面时而向上或向下运动,这就是“魔环运动”.设筒的内径、弹簧装置的大小、圆筒自身的运动可以忽略,完成下列问题:
(1)要使A要到达Q点,求A在P点的最小速度.
(2)当A运动到Q点时,要使圆筒离开地面,求A在Q点的最小速度.
(3)当A运动到Q点时,要使圆筒具有大小为g,方向竖直向上的加速,则弹射装置应该储备的能量?
(4)以A在最高点对圆筒的作用力F
N为纵坐标(规定向上为正),弹簧装置储备的能量E为横坐标,在图2中作出F
N-E图象.
![精英家教网](http://thumb.1010pic.com/pic3/upload/images/201312/117/4239b274.png)