2022年高考物理 有關(guān)過山車的幾個典型例題 新人教版

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1、2022年高考物理 有關(guān)過山車的幾個典型例題 新人教版 例題1 目前,滑板運(yùn)動受到青少年的追捧。如圖是某滑板運(yùn)動員在一次表演時(shí)的一部分賽道在豎直平面內(nèi)的示意圖.賽道光滑,F(xiàn)GI為圓弧賽道,半徑R=6.5m,C為最低點(diǎn)并與水平賽道BC位于同一水平面,KA、DE平臺的高度都為h=1.8m。B、C、F處平滑連接。滑板a和b的質(zhì)量均為m,m=5kg,運(yùn)動員質(zhì)量為M,M=45kg。 表演開始,運(yùn)動員站在滑板b上.先讓滑板a從A點(diǎn)靜止下滑,t1=0.1s后再與b板一起從A點(diǎn)靜止下滑?;螧C賽道后,運(yùn)動員從b板跳到同方向運(yùn)動的a板上,在空中運(yùn)動的時(shí)間t2=0.6s(水平方向是勻速運(yùn)動)。運(yùn)動

2、員與a板一起沿CD賽道上滑后沖出賽道,落在EF賽道的P點(diǎn),沿賽道滑行,經(jīng)過G點(diǎn)時(shí),運(yùn)動員受到的支持力N=742.5N。(滑板和運(yùn)動員的所有運(yùn)動都在同一豎直平面內(nèi),計(jì)算時(shí)滑板和運(yùn)動員都看作質(zhì)點(diǎn),取g=10m/s2) (1)滑到G點(diǎn)時(shí),運(yùn)動員的速度是多大? (2)運(yùn)動員跳上滑板a后,在BC賽道上與滑板a共同運(yùn)動的速度是多大? (3)從表演開始到運(yùn)動員滑至I的過程中,系統(tǒng)的機(jī)械能改變了多少? 考點(diǎn)分析 本題考查了牛頓第二定律,機(jī)械能守恒定律,動量守恒定律和運(yùn)動學(xué)知識,運(yùn)動過程較復(fù)雜。 解題思路 (1)在G點(diǎn),運(yùn)動員和滑板一起做圓周運(yùn)動,設(shè)向心加速度為a向,速

3、度為vG,運(yùn)動員受到重力Mg、滑板對運(yùn)動員的支持力N的作用, 則 N-Mg=Ma向 ① a向= ② N-Mg=M ③ ④ vG=6.5m/s ⑤ {2)設(shè)滑板a由A點(diǎn)靜止下滑到BC賽道后速度為v1,由機(jī)械能守恒定律有 ⑥ ⑦ 運(yùn)動員與滑板b一起由A點(diǎn)靜止下滑到BC賽道后.速度也為v1。 運(yùn)動員由滑板b跳到滑板a,設(shè)蹬離滑板b時(shí)的水平速度為v2,在空中飛行的水平位移為s, 則s=v2t2

4、 ⑧ 設(shè)起跳時(shí)滑板a與滑板b的水平距離為s0, 則s0=v1t1 ⑨ 設(shè)滑板a在t2時(shí)間內(nèi)的位移為s1, 則 s1=v1t2 ⑩ s=s0+s1 即v2t2=v1(t1+t2) 運(yùn)動員落到滑板a后,與滑板a共同運(yùn)動的速度為v,由動量守恒定律有 mv1+Mv2=(m+M)v 由以上方程可解出 代人數(shù)據(jù),解得v=6.9m/s (3)設(shè)運(yùn)動員離開滑板b后.滑扳b的速度為v3, 有Mv2+mv3=(M+m)v1

5、 可算出v3=-3m/s,有|v3|=3m/s

6、視為質(zhì)點(diǎn)),從軌道的左側(cè)A點(diǎn)以v0=12.0m/s的初速度沿軌道向右運(yùn)動,A、B間距L1=6.0m。小球與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,圓形軌道是光滑的。假設(shè)水平軌道足夠長,圓形軌道間不相互重疊。重力加速度取g=10m/s2,計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字。試求:  ?。?)小球在經(jīng)過第一個圓形軌道的最高點(diǎn)時(shí),軌道對小球作用力的大??;  ?。?)如果小球恰能通過第二圓形軌道,B、C間距應(yīng)是多少;  ?。?)在滿足(2)的條件下,如果要使小球不能脫離軌道,在第三個圓形軌道的設(shè)計(jì)中,半徑R3應(yīng)滿足的條件;小球最終停留點(diǎn)與起點(diǎn)的距離。 答案:   (1)10.0N;(2)12.5m  

7、 (3) 當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí), 解析:   (1)設(shè)小于經(jīng)過第一個圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)的速度為v1根據(jù)動能定理    ?、?   小球在最高點(diǎn)受到重力mg和軌道對它的作用力F,根據(jù)牛頓第二定律    ?、?   由①②得③  ?。?)設(shè)小球在第二個圓軌道的最高點(diǎn)的速度為v2,由題意  ?、?   ?、?   由④⑤得 ⑥  ?。?)要保證小球不脫離軌道,可分兩種情況進(jìn)行討論:   I.軌道半徑較小時(shí),小球恰能通過第三個圓軌道,設(shè)在最高點(diǎn)的速度為v3,應(yīng)滿足    ?、?     ⑧   由⑥⑦⑧得   II.軌道半徑較大時(shí),小球上升的最大高度為R3,根據(jù)動能定理      解得

8、   為了保證圓軌道不重疊,R3最大值應(yīng)滿足   解得R3=27.9m   綜合I、II,要使小球不脫離軌道,則第三個圓軌道的半徑須滿足下面的條件   或   當(dāng)時(shí),小球最終焦停留點(diǎn)與起始點(diǎn)A的距離為L′,則         當(dāng)時(shí),小球最終焦停留點(diǎn)與起始點(diǎn)A的距離為L〞,則    3、(xx年浙江卷)某校物理興趣小組決定舉行遙控塞車比賽。比賽路徑如圖所示,賽車從起點(diǎn)A出發(fā),沿水平直線軌道運(yùn)動L后,出B點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的光滑豎直圓軌道,離開豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直軌道上運(yùn)動到C點(diǎn),并能越過壕溝。已知賽車質(zhì)量m=0.1kg,通電后以額定功率ρ=1.5W工作,進(jìn)入豎直圓軌道前受到

9、的阻值為0.3N,隨后在運(yùn)動中受到的阻力均可不計(jì)。圖中L=10.00m,R=0.32m,h=1.25m,S=1.50m。問:要使賽車完成比賽,電動機(jī)至少工作多長時(shí)間?(取g=10 m/s2) 答案:2.53s 解析:   設(shè)賽車越過壕溝需要的最小速度為v1,由平拋運(yùn)動的規(guī)律      解得   設(shè)賽車恰好越過圓軌道,對應(yīng)圓軌道最高點(diǎn)的速度為v2,最低點(diǎn)的速度為v3,由牛頓第二定律及機(jī)械能守恒定律         解得m/s   通過分析比較,賽車要完成比賽,在進(jìn)入圓軌道前的速度最小應(yīng)該是m/s   設(shè)電動機(jī)工作時(shí)間至少為t,根據(jù)功能原理   由此可得t=2.53s

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