Question

【题目】某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛，比赛路径如图所示。可视为质点的赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直半圆轨道，并通过半圆轨道的最高点C，才算完成比赛。B是半圆轨道的最低点，水平直线轨道和半圆轨道相切于B点。已知赛车质量m=0.5kg，通电后以额定功率P=2W工作，进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为Ff=0.4N，随后在运动中受到的阻力均可不计，L=10.00m，R=0.40m，（g取10m/s2）。求：

（1）要使赛车能通过C点完成比赛，通过C点的速度至少多大？

（2）赛车恰能完成比赛时，在半圆轨道的B点的速度至少多大？这时对轨道的压力多大。

（3）要使赛车完成比赛，电动机从A到B至少工作多长时间。

（4）若电动机工作时间为t0=5s，当R为多少时赛车既能完成比赛且飞出的水平距离又最大，水平距离最大是多少？

Answer 1

【答案】（1）2m/s（2），30N（3）t=4.5s（4）R =0.3m，1.2m

【解析】

赛车恰好通过最高点时，靠重力提供向心力，根据牛顿第二定律求出通过C点的最小速度．根据机械能守恒定律求出赛车在B点的最小速度，根据牛顿第二定律求出赛车对轨道的压力．对A到B过程运用动能定理，求出电动机从A到B至少工作的时间．根据动能定理求出赛车到达最高点的速度，结合平抛运动的规律求出水平位移，通过数学知识求出水平位移的最大值．

（1）当赛车恰好过C点时在B点对轨道压力最小，赛车在B点对有

解得①；

（2）对赛车从B到C由机械能守理得：②，

赛车在B处，由牛顿第二定律可得③，由①②③得；

，由牛顿第三定律知，对轨道的压力大小等于30N；

（3）对赛车从A到B由动能定理得：，解得；

（4）对赛车从A到C由动能定理得：，

赛车飞出C后有，解得，

所以当时x最大，