如图所示,是游乐场翻滚过山车示意图,斜面轨道AC、弯曲、水平轨道CDE和半径R=7.5m的竖直圆形轨道平滑连接.质量m=

如图所示,是游乐场翻滚过山车示意图,斜面轨道AC、弯曲、水平轨道CDE和半径R=7.5m的竖直圆形轨道平滑连接.质量m=100kg的小车,从距水平面H=20m高处的A点静止释放,通过最低点C后沿圆形轨道运动一周后进入弯曲、水平轨道CDE.重力加速度g=10m/s2,不计摩擦力和阻力.求:
(1)若小车从A点静止释放到达圆形轨道最低点C时的速度大小;
(2)小车在圆形轨道最高点B时轨道对小车的作用力;
(3)为使小车通过圆形轨道的B点,相对于C点的水平面小车下落高度的范围.
楚天一鸿 1年前 已收到1个回答 举报

h1597 幼苗

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解题思路:由动能定理求出小车到达C点时的速度,
由动能定理求出小车在B点的速度,然后由牛顿第二定律求出轨道对小车的力;
由动能定理求出小车释放的高度.

(1)根据动能定理:mgH=[1/2]mvc2
得:vc=
2gH
代入数据得:vc=20m/s
(2)根据动能定理:mg(H-2R)=[1/2]mvB2
根据牛顿第二定律:N+mg=m
vB2
R
联立得:N=333N
(3)小车恰好通过B点时,由牛顿第二定律得:
mg=m
vmin2
R,
解得:vBmin=
gR=
10×7.5=5
3m/s,
设小车恰好到达B点时,释放点的高度为H′,
则mgH′-μmgcos37°•[H′/sin37°]-mg•2R=[1/2]mvBmin2-0,
解得:H′=87.5m;
则小车不脱离圆形轨道需要满足的条件是:H≥87.5m;
答:(1)若小车从A点静止释放到达圆形轨道最低点C时的速度大小为20m/s;
(2)小车在圆形轨道最高点B时轨道对小车的作用力为333N;
(3)为使小车通过圆形轨道的B点,相对于C点的水平面小车下落高度的范围为H≥87.5m.

点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律;向心力.

考点点评: 分析清楚小车的运动过程,应用动能定理、牛顿第二定律即可正确解题.

1年前

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