某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光

某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在平直轨道上运动到C点,并越过壕沟.已知赛车质量m=0.1kg,通电后以额定功率P=1.4W工作,水平轨道的摩擦阻力恒为0.20N.图中L=10.0m,BC=1.5m,R=0.32m,h=1.25m,S=1.5m.重力加速度g取10m/s2.求:
(1)赛车要越过壕沟,离开C点的速度至少多大?
(2)赛车要通过光滑竖直轨道,刚进入B点时的最小速度多大?赛车的电动机在AB段至少工作多长时间?
(3)要使赛车完成比赛,赛车离开光滑竖直轨道后,电动机在BC段是否还要继续工作?(要通过计算回答)
雁伴怡梦 1年前 已收到1个回答 举报

hqf888 幼苗

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解题思路:(1)本题中赛车的运动可以分为三个过程,由A至B的过程、在圆轨道上的过程、平抛运动的过程;要能越过壕沟,水平位移最小等于s,由平抛运动的规律求出赛车离开C点的速度;
(2)赛车恰好通过光滑竖直轨道时,在最高点恰好由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出通过最高点时最小的速度,根据机械能守恒求出进入B点时的最小速度.根据动能定理求出赛车的电动机在AB段至少工作的时间;
(3)根据动能定理求出赛车到达C点的速度,与第1题进行比较,确定电动机是否需要继续工作.

(1)设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律
s=v1t
h=[1/2]gt2
解得
v1=s

g
2h=3m/s
(2)设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点的速度为v3,由牛顿第二定律及机械能守恒定律
在最高点:mg=m

v22
R
从最低点到最高点的过程,[1/2]m
v23=[1/2]m
v22+mg(2R)
解得 v3=
2gR=4m/s
设电动机工作时间至少为t,根据功能原理
pt-fL=[1/2m
v23]
由此可得 t=2s
即要使赛车完成比赛,电动机至少工作2s的时间.
(3)赛车离开光滑竖直轨道后,假设电动机不工作,赛车到达C点的速度大小为V,根据动能定理得:
-f•BC=[1/2mV2-
1
2m
v23]
解得V=
22>v1=3m/s
所以电动机在BC段不需要继续工作.
答:
(1)赛车要越过壕沟,离开C点的速度至少3m/s.
(2)赛车要通过光滑竖直轨道,刚进入B点时的最小速度是4m/s.赛车的电动机在AB段至少工作2s时间.
(3)要使赛车完成比赛,赛车离开光滑竖直轨道后,电动机在BC段不要继续工作.

点评:
本题考点: 电功、电功率;牛顿第二定律;向心力;功能关系.

考点点评: 本题是力电综合问题,关键要将物体的运动分为三个过程,分析清楚各个过程的运动特点和受力特点,然后根据动能定理、平抛运动公式、向心力公式列式求解!

1年前

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