Question

【題目】如圖所示是某游樂場(chǎng)過(guò)山車的娛樂裝置原理圖，弧形軌道末端與一個(gè)半徑為R的光滑圓軌道平滑連接，兩輛質(zhì)量均為m的相同小車（大小可忽略），中間夾住一輕彈簧后連接一起，兩車從光滑弧形軌道上的某一高度由靜止滑下，當(dāng)兩車剛滑入圓環(huán)最低點(diǎn)時(shí)連接兩車的掛鉤突然斷開，彈簧將兩車彈開，其中后車剛好停在圓環(huán)最低點(diǎn)處，前車沿圓環(huán)軌道運(yùn)動(dòng)恰能越過(guò)圓弧軌道最高點(diǎn)．求：

（1）前車被彈出時(shí)的速度．

（2）把前車彈出過(guò)程中彈簧釋放的彈性勢(shì)能．

（3）兩車下滑的高度h．

Answer 1

【答案】

兩車下滑高度h，由機(jī)械能守恒得

（m+m）gh＝（m+m）v2①

兩車在最低點(diǎn)彈開過(guò)程，由動(dòng)量守恒得

（m+m）v0＝0+mv1 ②

設(shè)把兩車彈開過(guò)程中彈簧釋放的彈性勢(shì)能為EP，由機(jī)械能守恒得

EP+（m+m）v02＝m v2③

前車從圓弧軌道最低點(diǎn)到達(dá)圓弧軌道最高點(diǎn)的過(guò)程，由機(jī)械能守恒得

mv12＝mv22 + mg2R ④

前車恰能通過(guò)圓弧軌道最高點(diǎn)，由臨界條件得

mg＝ ⑤

解①②③④⑤得 v1＝ EP＝mgR h＝R

【解析】