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.