题目内容

10.英国特技演员史蒂夫•特鲁加里亚曾经飞车挑战壯界最大环形车道.如图所示,环形车道竖直放置,直径达12m,若汽车在车道上以12m/s恒定的速率运动,演员与摩托车的总质量为1000kg,车轮与轨道间的动摩擦因数为0.1,重力加速度g取10m/s2,则(  )
A.汽车在环形车道上的角速度为1rad/s
B.汽车通过最高点时,演员处于失重状态
C.汽车发动机的功率恒定为4.08×104W
D.若要挑战成功,汽车不可能以低于12m/s的恒定速率运动

分析 汽车在车道上以12m/s恒定的速率运动,做匀速圆周运动,由合力提供向心力,由此判断其受力情况;根据P=Fv判断瞬时功率的变化情况.

解答 解:A、汽车在环形车道上的角速度为ω=$\frac{v}{r}$=$\frac{12}{6}$=2rad/s,故A错误;
B、汽车通过最高点时,演员的加速度向下,处于失重状态,故B正确.
C、在最低点,有N-mg=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,故N=m(g+$\frac{{v}^{2}}{r}$)=1000×(10+$\frac{1{2}^{2}}{6}$)=34000N,故摩擦力f=μN=3400N,牵引力F=f=3400N,故发动机的功率为:P=Fv=3400×12W=40800W;
在最高点,有mg+N′=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,故N′=m($\frac{{v}^{2}}{r}$-g)=1000×($\frac{1{2}^{2}}{6}$-10)N=14000N,故摩擦力f=μN=1400N,牵引力F=f=1400N,故发动机的功率为:P=Fv=1400N×12m/s=16800W;可知发动机的功率是变化的,故C错误;
D、在最高点,当重力恰好提供向心力时,速度最小,有:mg=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{r}$,解得v0=$\sqrt{gr}$=$\sqrt{10×6}$=2$\sqrt{15}$m/s<12m/s,故D错误;
故选:B

点评 本题关键是对车受力分析,然后根据牛顿第二定律求解出弹力和摩擦力,最后再计算功率.

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