(10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AB、EF与半径R=0.4m的竖直圆轨道(圆心为O)相连,AB、EF分别与圆O相切于B、E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B、C、D、E到F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:
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(6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分
由机械能守恒定律得 …………………1分
解①②得A点距离最低点的竖直高度h至少为:
m ………………1分
从C到D由动能定理的: ……………1分
在C点对小球由牛顿第二定律得: ……………………1分
联解①③④得轨道对小球得支持力N
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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在游乐园坐过山车是一项惊险、刺激的游戏。据《新安晚报》报道,2007年12月31日下午3时许,安徽芜湖方特欢乐世界游乐园的过山车因大风发生故障突然停止,16位游客悬空10多分钟后被安全解救,事故幸未造成人员伤亡。游乐园“翻滚过山车”的物理原理可以用如图10所示的装置演示。斜槽轨道AB、EF与半径R=0.4m的竖直圆轨道(圆心为O)相连,AB、EF分别与圆O相切于B、E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B、C、D、E到F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?
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