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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...

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轨道组成,BCD分别是三个圆形轨道的最低点,BC间距与CD间距相等,半径R12.0 mR21.4 m.一个质量为m1.0 kg的小球(可视为质点),从轨道的左侧A点以v012.0 m/s的初速度沿轨道向右运动,AB间距L16.0 m.小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,圆形轨道是光滑的.假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠.重力加速度取g10 m/s2,计算结果保留小数点后一位数字.试求:

(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,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轨道,BC间距L应是多少;

(3)在满足(2)的条件下,如果要使小球不能脱离轨道,在第三个圆形轨道的设计中,半径R3应满足的条件;小球最终停留点与起点A的距离.

 

(1)10.0N;(2)12.5m(3) 当时,;当时, 【解析】试题分析:(1)(4分)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③ (2)(4分)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⑥ (3)(4分)要保证小球不脱离轨道,可分两种情况进行讨论: I.轨道半径较小时,小球恰能通过第三个圆轨道,设在最高点的速度为v3,应满足 ⑦ ⑧ 由⑥⑦⑧得 II.轨道半径较大时,小球上升的最大高度为R3,根据动能定理 解得 为了保证圆轨道不重叠,R3最大值应满足 解得 R3=27.9m 综合I、II,要使小球不脱离轨道,则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件 或 当时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L′,则 当时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L〞,则 考点:本题综合考查了牛顿第二定律和动能定理的应用
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考点分析:
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山谷中有三块大石头和一根不可伸长的轻质青藤,其示意图如下.图中ABCD均为石头的边缘点,O为青藤的固定点,h1=1.8m,h2=4.0m,x1=4.8m,x2=8.0m。开始时,质量分别为M=10kg和m=2kg的大小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上,当大猴发现小猴将受到伤害时,迅速从左边石头A点起水平跳到中间石头,大猴抱起小猴跑到C点,抓住青藤的下端荡到右边石头的D点,此时速度恰好为零。运动过程中猴子均看成质点,空气阻力不计,重力加速度g=10m/s2,求:

(1)大猴子水平跳离的速度最小值。

(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小。

(3)荡起时,青藤对猴子的拉力大小。

 

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(15分)我国发射的“嫦娥一号”卫星发射后首先进入绕地球运行的“停泊轨道”,通过加速再进入椭圆“过渡轨道”,该轨道离地心最近距离为L1,最远距离为L2,卫星快要到达月球时,依靠火箭的反向助推器减速,被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月心距离L3的“绕月轨道”上飞行,如图所示.已知地球半径为R,月球半径为r,地球表面重力加速度为g,月球表面的重力加速度为,求:

W248.TIF

(1)卫星在“停泊轨道”上运行的线速度大小;

(2)卫星在“绕月轨道”上运行的线速度大小;

(3)假定卫星在“绕月轨道”上运行的周期为T,卫星轨道平面与地月连心线共面,求在该一个周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间(忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响).

 

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有一个推矿泉水瓶的游戏节目,规则是:选手们从起点开始用力推瓶一段时间后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后未停在桌上有效区域内或在滑行过程中倒下,均视为失败。其简化模型如图所示,AC是长度为L15 m的水平桌面,选手们可将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推瓶,BC为有效区域。已知BC长度L21 m,瓶子质量m0.5 kg,瓶子与桌面间的动摩擦μ=0.4。某选手作用在瓶子上的水平推力F20 N,瓶子沿AC做直线运动,假设瓶子可视为质点,g10 m/s2,那么该选手要想游戏获得成功,试问: (1)推力作用在瓶子上的时间最长不得超过多少?

(2)推力作用在瓶子上的距离最小为多少?

 

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如图所示,长为L的长木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物块.现缓慢地抬高A端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为v,则在整个过程中持力对小物块做功为______________,滑动摩擦力对小物块做功为_______________

 

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质量为m的汽车启动后沿平直路面行驶如果发动机的功率恒为P且行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定汽车速度能够达到的最大值为v那么当汽车的速度为,汽车的瞬时加速度的大小为______________(用m, P, v表示 )

 

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