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(09年揭阳市期末)(17分)在游乐园坐过山车是一项惊险、刺激的游戏。游乐园“翻滚过山车”的物理原理可以用如图所示的装置演示。斜槽轨道ABEF与半径R=0.4m的竖直圆轨道(圆心为O)相连,ABEF分别与圆O相切于BE点,C为轨道的最低点,斜轨AB倾角为37°。质量为m=0.1kg的小球从A点静止释放,先后经BCDEF点落入小框。(整个装置的轨道均光滑,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:

     (1)小球在光滑斜轨AB上运动的过程中加速度的大小;

 (2)要使小球在运动的全过程中不脱离轨道,A点距离最低点的竖直高度h至少多高及在C点时小球对轨道的压力?

 

 

 

解析:⑴(4分)小球在斜槽轨道AB上受到重力和支持力作用,合力为重 力沿斜面向下的分力,由牛顿第二定律得  ……………………………………… (2分)

m/s2………………………………………………………… ……(2分)

 

⑵(13分)要使小球从A点到F点的全过程不脱离轨道,只要在D点不脱离轨 道即可。

 

物体在D点做圆周运动临界条件是:      ①………… ………………(2分)

由机械能守恒定律得      ②………… ……………………(2分)

 

解①②得A点距离最低点的竖直高度 h至少为:

 

m ……………………………………(2分)

 

CD由动能定理的:     ③…………… ……(2分)

 

C点对小球由牛顿第二定律得:  ④…………………………(2分)

 

联解①③④得轨道对小球得支持力 N ……………………………(2分)

 

由牛顿第三定律得小球在C点时小球对轨道的压力大小为 6N,方向竖直 向上…(1分)

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