Question

某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比賽。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，由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)在平直軌道上運(yùn)動到C點(diǎn)，并越過壕溝。已知賽車質(zhì)量m=0.1kg，通電后以額定功率P=1.4W工作，水平軌道的摩擦阻力恒為0.20N。圖中L=10.0m，BC=1.5m，R=0.32m，h=1.25m，S=1.5m。重力加速度g取10m/s² 。求：

（1）賽車要越過壕溝，離開C點(diǎn)的速度至少多大？

（2）賽車要通過光滑豎直軌道，剛進(jìn)入B點(diǎn)時的最小速度多大？賽車的電動機(jī)在AB段至少工作多長時間？

（3）要使賽車完成比賽，賽車離開光滑豎直軌道后，電動機(jī)在BC段是否還要繼續(xù)工作？（要通過計(jì)算回答）

Answer 1

（1）= 3m/s        （2分）

（2）t=2.0s       （1分）

（3）電動機(jī)不需要工作     

解析:

解：（1）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)律得

S=v₁t，     h=       （2分）

         解得  = 3m/s        （2分）

（2）設(shè)賽車恰好越過圓軌道時，在圓軌道最高點(diǎn)的速度為v₂，最低點(diǎn)的速度為v₃，則

由牛頓第二定律知，賽車在最高點(diǎn)時          （1分）

由機(jī)械能守恒定律得          （1分）

解得   m/s        （1分）

設(shè)電動機(jī)工作時間至少為t，根據(jù)動能定理得

     （1分）

解得   t=2.0s       （1分）

（3）若電動機(jī)不工作，則賽車到達(dá)C點(diǎn)時的速度為V_c，根據(jù)動能定理得

     （1分）

m/s＞3m/s     （1分）

故電動機(jī)不需要工作      （1分）