问题 计算题

(9分)如图甲所示是游乐场中过山车的实物图片,图乙是由它抽象出来的理想化模型(圆形轨道与斜轨道之间平滑连接,不计摩擦和空气阻力)。已知圆轨道的半径为R,质量为m的小车(视作质点)从P点由静止沿斜轨道下滑,进入圆轨道后沿圆轨道运动。已知P点到圆轨道最低点B的高度差H=3R,通过计算说明小车能否顺利通过最高点A。若能顺利通过,小车在A点受到的压力有多大?

答案

设小车的质量为m,小车恰能过A点时的速度为v1,由牛顿第二定律得:

          -----------------------(2分)

解得      -----------------------(1分)

设小车从P点滑至A点的速度为v2,根据机械能守恒,有:

     -----------------------(2分)

解得        -----------------------(1分)

因为   ,所以小车能顺利通过A点  ---------------- (1分)

设小车在A点受到的压力为F,分析小车的受力情况得:

         ----------------------- (1分)

解得:       -----------------------    (1分)

略       

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