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如图所示是游乐园内某种过山车的示意图。半径为R8.0m的光滑圆形轨道固定在倾角θ37°的斜轨道面上的A点,圆轨道的最高点D与车(视为质点)的初始位置P点平齐,B为圆轨道的最低点,C点与圆心O等高,圆轨道与斜轨道PA之间平滑连接。已知g10 m/s2sin37°0.6cos37°0.8,车的质量m=100kg。求:

1)若车从P点由静止开始下滑,恰能到达C点,则它经过B点时受圆轨道的支持力NB

2)若斜轨道面与小车间的动摩擦因数为,为使小车恰好能通过圆形轨道的最高点D,则它在P点沿斜面向下的初速度v0

答案

1)设小车经过B点时的速度为vB,从BC的过程机械能守恒:

         ………………①

小车在B点,由牛顿第二定律:

           ………………②

联解①②代入数据得:

NB=3000N            ………………③

2)设PA两点间距离为L,由几何关系可得:

        ………………

设小车恰好通过圆形轨道时在D点的临界速度为vD,则:

               ………………

小车从P运动到D,根据动能定理:

   …………

联解④⑤⑥得:

v012 m/s              ………………

评分参考意见:本题满分12分,其中①②⑤式各2分,⑥式3分,③④⑦式各1分;若有其他合理解法且答案正确,可同样给分。

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