题目内容
(15分)如图所示,某人驾驶摩托车做特技表演,以某一初速度沿曲面冲上高h、顶部水平的高台,到达平台顶部以v0=
的水平速度冲出,落至地面时,恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点切入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑.A、B为圆弧两端点,其连线水平。已知圆弧半径为R=
,人和车的总质量为m,特技表演的全过程中不计一切阻力,
。g为重力加速度。求:人和车运动到圆弧轨道最低点O时车对轨道的压力。![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241434464905647.jpg)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446287651.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446365473.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446427840.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241434464905647.jpg)
4.3mg
摩托车离开平台后平抛运动过程中,
在竖直方向
(2分)
摩托车落到A点时速度方向沿A点切线方向,设速度与水平方向夹角为
,此时的竖直分速度vy=gt (1分)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241434466146057.jpg)
人和车的水平分速度vx=v0=
,
所以, tan
(2分)
可知
(2分)
设人和车在最低点速度为v1,则摩托车由高台顶部到圆弧轨道最低点的过程中,由机械能守恒定律得
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446833781.png)
(3分)
在最低点,据牛顿第二定律,有
(2分)
代入数据解得
4.3mg (2分)
由牛顿第三定律可知,摩托车对轨道的压力为4.3mg (1分)
本题考查动能定理和圆周运动的应用,根据在A点沿切线方向,根据平抛运动可求得速度大小和方向,再由最高点到最低点应用动能定理可求得最低点速度大小,在最低点由支持力和重力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可求得支持力大小
在竖直方向
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446505650.png)
摩托车落到A点时速度方向沿A点切线方向,设速度与水平方向夹角为
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446568310.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241434466146057.jpg)
人和车的水平分速度vx=v0=
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446287651.png)
所以, tan
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446677553.png)
可知
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446770833.png)
设人和车在最低点速度为v1,则摩托车由高台顶部到圆弧轨道最低点的过程中,由机械能守恒定律得
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143446833781.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241434469261100.png)
在最低点,据牛顿第二定律,有
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143447004925.png)
代入数据解得
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824143447410442.png)
由牛顿第三定律可知,摩托车对轨道的压力为4.3mg (1分)
本题考查动能定理和圆周运动的应用,根据在A点沿切线方向,根据平抛运动可求得速度大小和方向,再由最高点到最低点应用动能定理可求得最低点速度大小,在最低点由支持力和重力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可求得支持力大小
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
练习册系列答案
相关题目