题目内容

【题目】如图为遥控玩具小车比赛轨道的示意图,第一部分由斜面轨道AB、圆弧轨道BCD与斜面轨道DE拼接而成,圆弧BCD的圆心恰在O点,第二部分由水平轨道EF、圆形轨道FGF与特殊材料水平轨道FH组成,直线轨道与圆弧轨道平滑相切,圆轨道F处前后略有错开,小车可从一侧滑上再从另一侧滑出。已知轨道ABDE的倾角均为,长度均为,轨道FGF的半径,玩具车在ABDE轨道上受到的阻力为压力的0.25,在FH轨道上受到的阻力为压力的1.5倍,其余轨道摩擦阻力及空气阻力均不计。已知玩具车输出功率恒为,电动机工作时间可调控,玩具车质量,可视为质点。。求:

(1)玩具车以多大初速度从A点弹出,恰好能沿轨道自行上滑到C点;

(2)玩具车以恒定功率A点由静止启动,电动机至少工作多长时间才能完成完整的圆周运动;

(3)已知轨道“受力因子k”是车对轨道的压力与车重力的比值,要求满足在圆周内且玩具车能无动力完成完整比赛,求玩具车的停止点HF点的可能距离。

【答案】1;(23.3s;(3

【解析】

(1)玩具车刚好达到C点时,速度刚好为0,由动能定理得

由题图可知

联立解得初速度

(2)玩具车刚好通过圆周最高点G时,由重力恰好提供向心力得

A点恰好运动到G的过程,由动能定理得

联立解得发动机工作时间

(3)玩具车恰好完成完整比赛的条件下,从最高点G运动到最低点F的过程,由机械能守恒定律得

F点由牛顿运动定律得

解得对轨道压力为

此时受力因子

符合题意。F点运动到H点过程,由动能定理得

解得

时,有

解得

则有

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