问题 问答题

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光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟.已知赛车质量m=0.1kg,通电后以额定功率P=1.5w工作,进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N,随后在运动中受到的阻力均可不记.图中L=10.00m,R=0.32m,h=1.25m,S=2.50m.问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10m/s2 )

答案

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
=5m/s

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

mg=m

v22
R
                        

1
2
m
v23
=
1
2
m
v22
+mg(2R)            

解得    v3=

5gh
=4m/s            (

由于B点以后的轨道均为光滑,故轨道最低点速度应该等于平抛的初速度,通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是

vmin=5m/s                        

设电动机工作时间至少为t,根据功能原理

pt-fL=

1
2
m
v2min
              

由此可得         t=

17
6
s

即要使赛车完成比赛,电动机至少工作

17
6
s的时间.

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