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(12分)半径为R和r(R>r)的两个圆形轨道置于同一竖直平面内,两轨道之间由一水平轨道CD相连,小物块在斜面上从h=3R处由静止滑下,可以滑过甲轨道,经过CD又滑上乙轨道,最后离开两圆形轨道,物块与CD段的动摩擦因数为μ,其余各段均光滑.为了避免物块脱离圆形轨道而发生撞轨现象,试确定CD段可取的长度。

 
 

解析:(1) 小球滑过乙轨道,设恰好能做完整圆周运动不脱离轨道在最高点时

(1分)

(1分)

设CD长为,从开始到乙轨道的最高点,对小球根据动能定理 

(2分)

解得:(1分)

(2)小球不能滑过乙轨道,且不脱离轨道,则在乙轨道内上升的最大高度为r。设CD的长度为s2,则

  (2分)

解得:(1分)

又小物块至少滑过D点,(1分)

(1分)

所以CD段可取长度为

 或(2分)

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如图所示为一游乐场设施的简化示意图.长为l,高为h=0.8m平板小车靠在光滑的半径为R的1/4圆弧轨道的右侧,小车上表面恰好与轨道最低端相挨,现让一质量为m1的小滑块,从圆弧轨道顶端下滑后冲上小车上表面,继续向前运动,发现当小滑块滑离小车着地时,小车也恰好静止.已知小滑块到轨道最低端时对轨道的压力N=30N,平板小车上表面与小滑块的动摩擦因数μ1=0.2,小车与地面的动摩擦因数μ2=0.1,小滑块质量与小车质量关系为m1=1.2m2,小滑块着地时距平板小车右端△s=0.32m,g取10m/s2.求:
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(2)圆弧轨道的半径R和平板小车的长度l.

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(1)小滑块的质量m1
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