(2014•四川模拟)遥控赛车是小朋友喜欢的玩具.已知XKN-RON-5型号赛车质量m=0.5kg,额定功率P=3W.通

(2014•四川模拟)遥控赛车是小朋友喜欢的玩具.已知XKN-RON-5型号赛车质量m=0.5kg,额定功率P=3W.通电后电动机工作极短时间赛车即可达到最大速度,断电后自由滑行.一兴趣小组举行遥控车比赛,赛道如图中实线所示,与水平面成15°倾斜直轨道和水平轨道同圆轨道分别相切于D,C点.可视为质点的赛车从起点A出发,沿倾斜直线轨道运动由D点进入半径为R=0.1m的竖直圆轨道,比赛规则要求赛车进入圆轨道前必须断电.赛车在倾斜直轨道受到的阻力恒为车重的0.1倍,在竖直圆轨道上赛车所受的摩擦阻力不计(g=10m/s2,sin15°=0.3,cos15°=0.9).试求:
(1)赛车通过竖直圆轨道后在水平轨道上滑行的最小距离;
(2)赛车恰能通过赛道的情况下,在赛车道上运动过程中对赛道的最大压力;
(3)恰能过赛道的情况下,此XKN-RON-5型号赛车在倾斜直轨道运行时电动机的效率.
hbszqjb888 1年前 已收到1个回答 举报

rooney2 幼苗

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解题思路:(1)由牛顿第二定律求出赛车在E点的速度,然后由动能定理求出赛车滑行的距离.
(2)由牛顿第二定律、动能定理与机械能守恒定律可以求出最大压力.
(3)由动能定理求出在D点的速度,由功率公式P=Fv求出功率,最后由效率公式求出效率.

(1)赛车以最小速度通过最高点B,其运动距离离C点最小,
在最高点E,由牛顿第二定律得:mg=m
vB2
R⇒vB=
gR=1m/s,
从B点到水平轨道停止,由动能定理得:mg×2R=fx+
1
2mvB2,
解得x=2.6m;
(2)赛车在赛道上运动对赛道的最大压力出现在圆轨道的C点.
在C点,由牛顿第二定律得:F−mg=
mvC2
R,
赛车由C→B过程,由机械能守恒得:-mg•2R=[1/2]mvB2-[1/2]mvC2
解得:F=30N,由牛顿第三定律可知,赛车对轨道的最大压力F′=F=30N;
(3)此赛车在斜面上运动的最大速度为vD
由D→B动能定理得:−mg(R+Rcos15°)=
1
2mvB2−
1
2mvD2,
赛车在斜面上以最大速度运动时,
F′+mgsin15°=f=0.5mg,
额定功率:P=F′vD
效率:η=
P实
P额×100%,
解得,电动机效率:η=73%;
答:(1)赛车通过竖直圆轨道后在水平轨道上滑行的最小距离为2.6m;
(2)赛车恰能通过赛道的情况下,在赛车道上运动过程中对赛道的最大压力为30N;
(3)恰能过赛道的情况下,此XKN-RON-5型号赛车在倾斜直轨道运行时电动机的效率为73%.

点评:
本题考点: 动能定理;向心力;功率、平均功率和瞬时功率.

考点点评: 本题是多过程问题,赛车运动过程较复杂,分析清楚赛车的运动过程是正确解题的关键,应用牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律、功率公式与效率公式即可正确解题.

1年前

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