(2011•荆州一模)某校物理兴趣小组进行过山车模拟比赛,比赛路径如图所示,比赛规则是:用小车代替过山车(可视为质点),

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  • 解题思路:(1)小车刚进入轨道时对轨道的压力最大,由牛顿第二定律即可求得小车对轨道的最大压力;

    (2)计算出小车恰能过圆周运动最高点的速度,与小车到达最高点的速度相比较即可知道能否做完整的圆周运动;

    (3)求出平抛的最大距离与沟壕的距离相比较即可求出.

    (1)从A到B的过程为匀加速直线运动,设到达B点的速度为v1,由动能定理得,

    FL1−μmgL1=

    1

    2mv12

    小车刚进入轨道时对轨道的压力最大,由牛顿第二定律得:

    FN−mg=m

    v12

    R

    解得:FN=15N

    (2)小车恰能过圆周运动最高点的速度为v2,由牛顿第二定律得:

    mg=m

    v22

    R

    得:v2=

    gR=

    5m/s;

    设小车到达最高点的速度为v3,在此过程中机械能守恒

    1

    2mv12=2mgR+

    1

    2mv32

    解得:v3=5

    2m/s

    因v3>v2,故能做完整的圆周运动.

    (3)设小车到达C点的速度为v4,由动能定理得:

    FL1−μmg(L1+L2)=

    1

    2mv42

    小车做平抛运动的水平位移x=v4t

    竖直位移h=

    1

    2gt2

    解得:v4=8m/s,x=4m,因x>s,故能越过壕沟;

    设落地速度为v5

    v5=

    v42+(gt)2

    方向与水平方向成α角,tanα=

    gt

    v4

    解得:v5=

    89m/s,方向与水平成α=arctan0.625斜向下

    答:(1)小车对轨道的最大压力15N;

    (2)小车能做完整的圆周运动确保无脱轨危险

    (3)小车能越过壕沟赢得比赛,到达地面时的速度为

    89m/s,方向与水平成α=arctan0.625斜向下.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;向心力.

    考点点评: 解决本题的关键在于将物理的运动分段进行分析,然后根据所学的知识即可求出所需问题.