过山车是一种惊险的游乐工具,其运动轨道可视为如图所示的物理模型.已知轨道最高点A离地面高为20m,圆环轨道半径为5m,过

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  • 解题思路:(1)在运动的过程中只有车的重力做功,根据动能定理可以求得车到达最低点的速度的大小;

    (2)由机械能守恒可以求得车在C点的速度的大小,再根据向心力的公式可以求得轨道对车的作用力的大小;

    (3)当过山车经过C点时对轨道恰好无压力,说明此时恰好只有车的重力作为向心力,从而可以求得车在C点的速度的大小,再由动能定理可以求得阻力做的功.

    (1)由mgh=

    1

    2mv2

    可知 V=

    2gh=20m/s,

    (2)A到C的过程中,由机械能守恒可知:mg(h−2r)=

    1

    2m

    V2c,

    解得 Vc=

    2g(h−2r)=10

    2m/s,

    在C点时由:F+mg=m

    V2c

    r

    解答 F=1500N.

    (3)A到C的过程中,由动能定理可知:mg(h−2r)−W=

    1

    2m

    V2c(1)

    又因为山车经过C点时对轨道恰好无压力,所以:mg=m

    V2c

    r(2)

    由(1)(2)可知:W=mg(h−2r)−

    1

    2m

    V2c

    =mg(h−2r)−

    1

    2mgr

    =3750J,

    答:(1)经过最低点B时的速度为20m/s.

    (2)当过山车经过圆形轨道最高点C时,轨道对车的作用力为1500N.

    (3)过山车从A点运动至C点的过程中,克服阻力做的功为3750J.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力;动能定理的应用.

    考点点评: 解答本题的关键在于理解“过山车经过C点时对轨道恰好无压力”这句话的含义,本题属于圆周运动中绳的模型,在最高点时应该是重力恰好做为圆周运动的向心力,对于圆周运动中的两种模型一定要牢牢的掌握住.

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