题目内容

如图所示,左图是游乐场中过山车的实物图片,右图是过山车的原理图。在原理图中半径分别为R1=2.0 m和R2=8.0 m的两个光滑圆形轨道,固定在倾角为α=37°斜轨道面上的Q、Z两点,且两圆形轨道的最高点A、B均与P点平齐,圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接。现使小车(视作质点)从P点以一定的初速度沿斜面向下运动。已知斜轨道面与小车间的动摩擦因数为μ=。问:(已知:g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,。结果可保留根号。)

(1)若小车恰好能通过第一个圆形轨道的最高点A处,则其在P点的初速度应为多大?

(2)若小车在P点的初速度为10 m/s,则小车能否安全通过两个圆形轨道?

(1)小球恰好过A点,由牛顿第二定律有   (2分)  

       小球P到A的过程中,由动能定理有

            (2分)

       由几何关系可得          (1分)

       代入数据可得                 (1分)

       (2)小车以v=10m/s的初速度从P点下滑时,因为有v=10m/s〉

       所以小车可以通过圆弧轨道O1,设小车恰好能通过B点,

       由牛顿第二定律有                                (1分)

       则P到B由动能定理得           (2分)

       其中                                      (1分)

       代入数据可得                                    (1分)

       因为  ,所以小车能安全通过两个圆形轨道。(1分)


解析:

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