题目内容
(原创)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点后进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道,通过轨道最高点P后又进入水平轨道CD上。已知赛车在水平轨道AB部分和CD部分运动时受到阻力恒为车重的0.5倍,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,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。某次比赛,要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道,又在CD轨道上运动的路程最短。在此条件下,求:
(1)小车在CD轨道上运动的最短路程。
(2) 赛车运动到圆形光滑轨道最底部时对轨道的压力.
(2)赛车电动机工作的时间。
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(1)要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道,又在CD轨道上运动的路程最短,则小车经过圆轨道P点时速度最小,此时赛车对轨道的压力为零,重力提供向心力:(1分)
(1分)
C点的速度,由机械能守恒定律可得:
(2分)
由上述两式联立,代入数据可得:vC=5m/s (1分)
设小车在CD轨道上运动的最短路程为x,由动能定理可得:
(2分)
代入数据可得:x =2.5m (1分)
(2)在圆轨道最底点:
(2分)
代入数据可得:
=24N (1分)
根据牛顿第三定律赛车对圆形轨道底部压力为24N (1分
(3)由于竖直圆轨道光滑,由机械能守恒定律可知:vB = vC =5m/s (1分)
从A点到B点的运动过程中,由动能定理可得:
(2分)
代入数据可得:t = 4.5s (1分)