解题思路:本题赛车的运动可以分为三个过程,由A至B的过程可以运用动能定理列式,在圆轨道上的过程机械能守恒,也可以用动能定理列式,以及平抛运动的过程;本题有两个约束条件,即要能越过壕沟,同时要能到达轨道的最高点.
设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律
s=v1t
h=[1/2]gt2
解得
v1=s
g
2h=2.5×
10
2×1.25=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,最低点的速度为v3,由牛顿第二定律及机械能守恒定律
mg=m
v22
R
[1/2]m
v23=[1/2]m
v22+mg(2R)
解得:
v3=
5gR=
5×10×0.32=4m/s
由于B点以后的轨道均为光滑,故轨道最低点速度应该等于平抛的初速度,通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是:
vmin=4m/s
设电动机工作时间至少为t,根据功能原理
pt-fL=[1/2]m
v2min
由此可得:
t=2.53s
即要使赛车完成比赛,电动机至少工作2.53s的时间.
点评:
本题考点: 功能关系;牛顿第二定律;平抛运动;机械能守恒定律.
考点点评: 本题是力电综合问题,关键要将物体的运动分为三个过程,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!