题目内容

【题目】过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形管道组成,B、C分别是二个圆形管道的最低点,半径R1=2.0m、R2=1.4m。一个质量为m=1.0kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以v0=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动,A、B间距L1=6.0m。小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,圆形管道是光滑的。假设水平轨道足够长。重力加速度取g=10m/s2。试求:

(1)小球在经过第一个圆形管道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;

(2)如果小球恰能通过第二个圆形管道,B、C间距L应是多少;

【答案】(1)10.0N(2)12.5m

【解析】

(1)设小于经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理

 ①

小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F,根据牛顿第二定律

 ②

由①②得F=10.0 N ③

(2)设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2,由题意

 ④

 ⑤

由④⑤得L=12.5m。

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