如图所示是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，光滑斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，圆形轨道半径为R．一个质量为m的小车（可视为质点）在A点由静止释放沿斜面
◎ 题目
| 如图所示是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，光滑斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，圆形轨道半径为R．一个质量为m的小车（可视为质点）在A点由静止释放沿斜面滑下，当它第一次经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力为其重力的7倍，小车恰能完成圆周运动并第二次经过最低点沿水平轨道向右运动．已知重力加速度为g． （1）求A点距水平面的高度h； （2）假设小车在竖直圆轨道左、右半圆轨道部分克服摩擦阻力做的功相等，求小车第二次经过竖直圆轨道最低点时的速度大小．  |
◎ 答案
| （1）设第一次小车运动到B点的速度大小为vB，受到的支持力为N，根据牛顿第二定律： N-mg=m
依题意和牛顿第三定律： N=7mg 解得vB=
小车从A点运动到B点的过程机械能守恒，以B点位置为重力势能零点，则有： mgh=
解得h=3R （2）设小车在圆轨道最高点的速度为vC，重力提供向心力，此时根据向心力公式有： mg=m
解得：vc=
设小车在右半圆轨道上克服阻力做功Wf，对小车从B点运动到C的点过程，根据动能定理有 -mg2R-Wf=
解得Wf=
设小车第二次经过B点时的速度为v′，对小车从B点运动到C点再回到B点的过程，根据动能定理有： -2Wf=
解得v′=2
答：（1）A点距水平面的高度h为3R； （2）小车第二次经过竖直圆轨道最低点时的速度大小为2 |
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