题目内容

【题目】为了研究过山车的原理,物理兴趣小组提出了下列设想:如图所示,取一个与水平方向夹角θ30°,长L0.8 m的倾斜轨道AB,通过水平轨道BC与竖直圆轨道相连,出口为水平轨道DE,整个轨道都是光滑的.其中ABBC轨道以微小圆弧相接,竖直圆轨道的半径R0.6 m.现使一个质量m0.1 kg的小物块从A点开始以初速度v0沿倾斜轨道滑下,g10 m/s2.问:

(1)v05.0 m/s,则小物块到达B点时的速度为多大?

(2)v05.0 m/s,小物块到达竖直圆轨道的最高点时对轨道的压力为多大?

(3)为了使小物块在竖直圆轨道上运动时能够不脱离轨道,v0大小应满足什么条件?

【答案】(1) (2) 0.5N (3) v0≤2m/s v0

【解析】

(1)对小物块从A点到B点利用动能定理

(2)对小物块从B点到圆轨道最高点利用动能定理

得:v=3m/s

在圆轨道最高点,由牛顿第二定律

得:FN=0. 5N

由牛顿第三定律可知:FNFN0.5N

(3)情形一:物体能完成圆运动

在最高点:由,得

对小物块从A点到圆轨道最高点利用动能定理

解得:

情形二:物体运动到圆轨道圆心等高处速度为零

对小物块从A点到圆轨道圆心等高处利用动能定理

解得:v0=2m/s

综合以上两种情形可得:v0≤2m/s v0

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