过山车是游乐场中常见的设施.下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的两个圆形轨道组成,B、C分别是两个圆

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  • 解题思路:(1)小球以一定速度经过粗糙水平轨道后,再滑上竖直的光滑圆轨道,通过动能定理可求出小球在第一个圆形轨道的最高点的速度,从而根据牛顿第二、定律可算出轨道对小球的作用力.

    (2)由小球恰能通过第二个圆形轨道,则由牛顿第二定律可求出最高点的速度大小,再由动能定理可求出B、C间距.

    (1)设小球经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1

    根据动能定理有:−μmgL1−2mgR1=

    1

    2m

    v21−

    1

    2m

    v20

    小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F,

    根据牛顿第二定律:

    F+mg=m

    v21

    R1

    由①②得轨道对小球作用力的大小F=1×101N

    (2)设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2,由题意

    mg=m

    v22

    R2

    -μmg(L1+L)-2mgR2=[1/2m

    v22−

    1

    2m

    v20]

    由④⑤得 B、C间距 L=12.5m

    答:(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小为1×101N;

    (2)如果小球恰能通过第二个圆形轨道,B、C间距L应是12.5m.

    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: (1)小球在运动过程中使用动能定理时要注意,除摩擦阻力做负功外,重力也是做负功.再由牛顿第二定律可求解.

    (2)从小球刚好能通过第二个圆轨道,这是解题的突破口.同时注意重力做功时高度是半径的2倍.

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