游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来,如图甲所示。我们把这种情况抽象为如图乙所示的模型:半径为R的圆弧轨道竖直放置,下端与弧形轨道相接,使质量为

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来,如图甲所示。我们把这种情况抽象为如图乙所示的模型:半径为R的圆弧轨道竖直放置,下端与弧形轨道相接,使质量为m的小球从弧形轨道上端无初速度滚下,小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动。实验表明,只要h大于一定值,小球就可以顺利通过圆轨道的最高点。(不考虑空气及摩擦阻力)

(1)若小球恰能通过最高点,则小球在最高点的速度为多大? 此时对应的h多高?
(2)若h′=4R,则小球在通过圆轨道的最高点时对轨道的压力是多少?

◎ 答案

(1)(2)3mg

◎ 解析


试题分析:(1)小球恰能通过最高点,即小球通过最高点时恰好不受轨道的压力。由牛顿运动定律      
小球在最高点处的速度至少为                                                   
小球由静止运动到最高点的过程中,只有重力做功。由机械能守恒定律
       
联立,解得   
(2) h′=4R时,小球由静止运动到最高点的过程中,由机械能守恒定律
   
解得  
小球在最高点,在重力和轨道的压力作用下做圆周运动。由牛顿运动定律
 
      
点评:本题考查了通过机械能守恒定律判断物体的速度,并通过圆周运动知识求出力的大小。

◎ 知识点

    专家分析,试题“游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来,如图甲所示。我们把这种情况抽象为如图乙所示的模型:半径为R的圆弧轨道竖直放置,下端与弧形轨道相接,使质量为…”主要考查了你对  【机械能守恒定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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