解题思路:本题中赛车的运动可以分为四个过程,由A至B的过程、在圆轨道上的过程、匀速直线运动和平抛运动的过程;要能越过壕沟,水平位移最小等于s,由平抛运动的规律求出赛车离开C点的速度;赛车恰好通过光滑竖直轨道时,在最高点恰好由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出通过最高点时最小的速度,根据机械能守恒求出进入B点时的最小速度.根据动能定理求出赛车的电动机在AB段至少工作的时间;
设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律
x=v1t
h=[1/2]gt2
解得:v1=x
g
2h=5m/s
设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点B的速度为v3,由牛顿第二定律得
最高点:mg=m
v22
R
由机械能守恒定律得[1/2]mv22+mg•2R=[1/2]v32
解得:v3=
5gR=4m/s
通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前B的速度最小应该是 vmin=4m/s
设电动机工作时间至少为t,根据功能原理得:
Pt-fL=[1/2]mvmin2
由此可得t=3.5s
答:要使赛车完成比赛,电动机至少工作3.5s时间.
点评:
本题考点: 机械能守恒定律;平抛运动;功能关系.
考点点评: 本题是力学综合题中多过程问题,关键要将物体的运动分为四个过程,分析清楚各个过程的运动特点和受力特点,然后根据动能定理、平抛运动公式、向心力公式列式求解!