题目内容
【题目】如图所示是某游乐场过山车的娱乐装置原理图,弧形轨道末端与一个半径为R的光滑圆轨道平滑连接,两辆质量均为m的相同小车(大小可忽略),中间夹住一轻弹簧后连接在一起,两车从光滑弧形轨道上的某一高度由静止滑下,当两车刚滑入圆环最低点时连接两车的挂钩突然断开,弹簧将两车弹开,其中后车刚好停下,前车沿圆环轨道运动恰能越过圆弧轨道最高点,求:![]()
(1)前车被弹出时的速度;
(2)前车被弹出的过程中弹簧释放的弹性势能;
(3)两车从静止下滑到最低点的高度h.
【答案】
(1)解:设前车在最高点速度为v2,依题意有
(1)
设前车在最低位置与后车分离后速度为v1,根据机械能守恒得
(2)
由(1)(2)得:v1= ![]()
答:前车被弹出时的速度是 ![]()
(2)解:设两车分离前速度为v0,
由动量守恒定律2mv0=mv1
得 ![]()
设分离前弹簧弹性势能Ep,根据系统机械能守恒得
![]()
答:前车被弹出的过程中弹簧释放的弹性势能是
;
(3)解:两车从h高处运动到最低处机械能守恒
![]()
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答:两车从静止下滑到最低点的高度是 ![]()
【解析】(1)前车沿圆环轨道运动恰能越过圆弧轨道最高点,根据牛顿第二定律求出最高点速度,根据机械能守恒列出等式求解(2)由动量守恒定律求出两车分离前速度,根据系统机械能守恒求解(3)两车从h高处运动到最低处机械能守恒列出等式求解.
【考点精析】通过灵活运用功能关系和能量守恒定律,掌握当只有重力(或弹簧弹力)做功时,物体的机械能守恒;重力对物体做的功等于物体重力势能的减少:W G =E p1 -E p2;合外力对物体所做的功等于物体动能的变化:W 合 =E k2 -E k1 (动能定理);除了重力(或弹簧弹力)之外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化:W F =E 2 -E 1;能量守恒定律:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移过程中,能量的总量保持不变即可以解答此题.