题目内容
如图所示,遥控电动赛车(可视为质点)从A点由静止出发,经过时间t后关闭电动机,赛车继续前进至B点水平飞出,恰好在C点沿着切线方向进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道,通过轨道最高点D后回到水平地面EF上,E点为圆形轨道的最低点.已知赛车在水平轨道AB部分运动时受到恒定阻力f=0.4N,赛车的质量m=0.4kg,通电后赛车的电动机以额定功率P=2W工作,轨道AB的长度L=2m,B、C两点的高度差h=0.45m,连线CO和竖直方向的夹角α=37°,圆形轨道的半径R=0.5m,空气阻力可忽略,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)赛车运动到C点时速度vc的大小;
(2)赛车经过最高点D处时对轨道压力FN的大小;
(3)赛车电动机工作的时间t.
【答案】分析:恰好在C点沿着切线方向进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道,再由圆的半径和角度的关系,可以求出C点切线的方向,即平抛末速度的方向,从而可以求C点速度.
从C点运动到最高点D的过程中,根据机械能守恒求得最高点D速度,根据牛顿第二定律求得对轨道压力.
从A点到B点的过程中由动能定理求得工作的时间.
解答:解:(1)因为赛车从B到C的过程作平抛运动,根据平抛运动规律所以有


(2)从C点运动到最高点D的过程中,机械能守恒得

设赛车经过最高点D处时对轨道压力FN

联立解得FN=1.6N
(3)根据平抛运动规律所以有赛车在B点的速度大小为

从A点到B点的过程中由动能定理有
解得t=2s
答:(1)赛车运动到C点时速度的大小是5m/s;
(2)赛车经过最高点D处时对轨道压力的大小是1.6N;
(3)赛车电动机工作的时间是2s.
点评:恰好在C点沿着切线方向进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道,这是解这道题的关键,理解了这句话就可以求得小车的末速度,本题很好的把平抛运动和圆周运动结合在一起运用机械能守恒解决,能够很好的考查学生的能力,是道好题.
从C点运动到最高点D的过程中,根据机械能守恒求得最高点D速度,根据牛顿第二定律求得对轨道压力.
从A点到B点的过程中由动能定理求得工作的时间.
解答:解:(1)因为赛车从B到C的过程作平抛运动,根据平抛运动规律所以有
(2)从C点运动到最高点D的过程中,机械能守恒得
设赛车经过最高点D处时对轨道压力FN
联立解得FN=1.6N
(3)根据平抛运动规律所以有赛车在B点的速度大小为
从A点到B点的过程中由动能定理有
解得t=2s
答:(1)赛车运动到C点时速度的大小是5m/s;
(2)赛车经过最高点D处时对轨道压力的大小是1.6N;
(3)赛车电动机工作的时间是2s.
点评:恰好在C点沿着切线方向进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道,这是解这道题的关键,理解了这句话就可以求得小车的末速度,本题很好的把平抛运动和圆周运动结合在一起运用机械能守恒解决,能够很好的考查学生的能力,是道好题.
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