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如图所示是某游乐场过山车的娱乐装置原理图,弧形轨道末端与一个半径为R的光滑圆轨道平滑连接,两辆质量均为m的相同小车(大小可忽略),中间夹住一轻弹簧后连接一起,两车从光

一、题文

如图所示是某游乐场过山车的娱乐装置原理图,弧形轨道末端与一个半径为R的光滑圆轨道平滑连接,两辆质量均为m的相同小车(大小可忽略),中间夹住一轻弹簧后连接一起,两车从光滑弧形轨道上的某一高度由静止滑下,当两车刚滑入圆环最低点时连接两车的挂钩突然断开,弹簧将两车弹开,其中后车刚好停在圆环最低点处,前车沿圆环轨道运动恰能越过圆弧轨道最高点.求:

(1)前车被弹出时的速度.
(2)把前车弹出过程中弹簧释放的弹性势能.
(3)两车下滑的高度h.

考点提示:生活中的其他圆周运动

二、答案


两车下滑高度h,由机械能守恒得
(m+m)gh=(m+m)v2  ①       
两车在最低点弹开过程,由动量守恒得
(m+m)v0=0+mv1          
设把两车弹开过程中弹簧释放的弹性势能为EP,由机械能守恒得
EP+(m+m)v02 m v2   ③ 
前车从圆弧轨道最低点到达圆弧轨道最高点的过程,由机械能守恒得
mv12 mv22  + mg・2R   ④                                   
前车恰能通过圆弧轨道最高点,由临界条件得
mg=            ⑤
解①②③④⑤得 v1  EPmgR   h=R  
 

三、考点梳理

知名教师分析,《如图所示是某游乐场过山车的娱乐装置原理图,弧形轨道末端与一个半径为R的光滑圆轨道平滑连接,两辆质量均为m的相同小车(大小可忽略),中间夹住一轻弹簧后连接一起,两车从光》这道题主要考你对 生活中的其他圆周运动 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:生活中的其他圆周运动

考点名称:生活中的其他圆周运动
  • 生活中的其他运动:

    生活中有很多运动都可以看作圆周运动,如铁路的弯道、拱形桥、航天器中的失重现象、离心运动、圆锥摆、水平转盘上的物体、竖直面内的圆周运动等。解决这类问题的关键就是选准研究对象进行受力分析。处理圆周运动问题的一般步骤:
    1、明确对象,找出圆周平面,确定圆心和半径;
    2、进行受力分析,画出受力分析图;
    3、求出在半径方向的合力,即向心力;
    4、用牛顿第二定律结合匀速圆周运动的特点列方程求解。

  • 知识点拨:

    汽车在水平面内做圆周运动,如果路面是水平的,汽车做圆周运动的向心力只能由静摩擦力提供;如果外侧路面高于内侧路面一个适当的高度,也就是路面向内侧倾斜一个适当的角度θ,地面对车支持力的水平分量恰好提供车所需要的向心力时,车轮与路面的横向摩擦力正好等于零.在此临界情况下对车受力分析,明确汽车所受合外力的方向:水平指向圆心.然后由牛顿第二定律列方程求解.

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