组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 曲线运动 > 圆周运动 > 向心力 > 通过牛顿第二定律求解向心力
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:819 题号:16213828
如图甲所示为2022年北京冬奥会上,我国滑雪运动员谷爱凌女子大跳台夺冠瞬间。图乙是女子大跳台完整结构示意图,AB是助滑坡段,高度h1=60m;圆弧BCD为起飞段,圆心角,半径R=63m,AB与圆弧BCD相切;EF为着陆坡段,高度h2=20m,倾角FG为停止区。某次运动员从A点由静止开始自由起滑,经过圆弧BCD从与B点等高的D点飞出,最终恰好沿EF面从E点落入着陆坡段,CE与圆弧相切于C。已知除圆弧轨道外,其余轨道各部分与滑雪板间的动摩擦因数均为,经过圆弧段对C点压力为重力的1.5倍,运动员连同滑雪板的质量m=60kg,各段连接处无能量损失,忽略空气阻力的影响。(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。求:
(1)运动员在C点的速度大小;
(2)运动员经过圆弧BCD段时摩擦力做的功;
(3)运动员在FG停止区运动的时间为多少?

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【推荐1】一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆周运动的一部分,即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图(a)示,曲线上A点的曲率圆定义为:通过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆,在极限情况下,这个圆就叫做A点的曲率圆,其半径叫做A点的曲率半径。图(b)为一玩具轨道的模型图,倾角的倾斜轨道AB与地面水平轨道BCB处平滑连接,“雨滴”形曲线轨道CDE左右对称,D为最高点。图(b)中圆1和圆2分别为CD两点的曲率圆,其中D的曲率圆半径。现将质量的小滑块(可视为质点)从轨道AB上距底端处静止释放,滑块在轨道CDE内侧运动时的向心加速度恒为。重力加速度g取10m/s2。不计一切阻力。
(1)求C点的曲率圆半径。
(2)求曲线轨道CDE任意高度h处的曲率半径ρh的关系。
(3)要使滑块能顺利通过轨道CDE,且运动时的向心加速度不超过4g。求滑块在轨道AB上释放点高度H的范围。

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【推荐3】如图所示,某游戏装置由弧形轨道AB、竖直圆轨道BMCND、水平直轨道DE平滑连接而成,固定在水平地面上(弧形轨道末端各轨道间略错开,不影响小球前行)。质量的小球从弧形轨道离地高h处由静止释放,已知圆轨道半径,取,弧形轨道和圆轨道均可视为光滑,忽略空气阻力。
(1)若,求小球到达C点时对轨道的压力;
(2)若小球从弧形轨道离地高h处由静止释放,要求小球不脱离轨道,求h需要满足的条件;
(3)若竖直圆轨道上部正中央有一段缺口MN,该缺口所对的圆心角为可调,现将小球从距地面处无初速度释放,试论证小球能否从M点飞出后再从N点切入圆弧轨道。

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