人教版物理必修3同步练习: 12.4 能源与可持续发展(能力...

更新时间：2024-04-02 浏览次数：4 类型：同步测试

一、选择题

1. (2024高三上·重庆市模拟) 光镊技术可以用来捕获、操控微小粒子(目前已达微米级)．激光经透镜后会聚成强聚焦光斑，微粒一旦落入会聚光的区域内，就有移向光斑中心的可能，从而被捕获．由于光的作用使微粒具有势能，光斑形成了一个类似于“陷阱”的能量势阱，光斑中心为势能的最低点．结合以上信息可知，关于利用光镊捕获一个微小粒子的情况，下列说法正确的是

A . 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定沿着激光传播的方向 B . 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定垂直激光传播的方向 C . 微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能可能增大 D . 被捕获的微粒在获得较大的速度之后，有可能逃离能量势阱

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2. (2023高三上·无锡期末) 老师自制了一个炮弹发射器，结构如图。弹簧一端与炮管底部连接，另一端连接滑块，在炮管中装入小球后，系统静止在炮管中O处，此时滑块恰好无摩擦。某次演示时，老师用绳子拉动滑块，将弹簧压缩到A点后释放，观察到小球在O点上方的B点与滑块脱离接触，并能沿炮口飞出，考虑炮管与滑块之间有摩擦，但小球摩擦可忽略不计。则（）

A . 在B点处弹簧一定处于原长 B . 在B点时小球的速度恰好达到最大 C . 滑块在以后的运动过程中可能到达A点 D . OA间的距离大于 OB间的距离

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3. (2024高二上·番禺期末) 图1是叶片长度为L的风力发电机，图2是该风力发电机的扫风面积示意图图，风叶旋转扫过的面积是截留风能的面积，并与风向垂直。已知空气的密度为ρ，风速为v，风动能转化为电能的效率为η，则该风力发电机的功率为（　　）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

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4. (2023高二上·阳江月考) 图甲为使用风簸的情景。风簸是清谷的农用工具，主要用于筛选精谷粒和瘪谷粒。图乙为其工作原理示意图：匀速摇动扇叶（图中未画出），在AB和CD间形成持续稳定的风力场，风速水平向左，开启斗仓下方的狭缝S₁ ，轻重显著不同的谷粒由狭缝进入风力场，在风力和重力作用下经由具有一定宽度的出谷口S₂或S₃离开风力场后被收集。现考查同时进入风力场的精谷粒a和瘪谷粒b这两粒谷子，设它们所受风力相同，忽略初速度和空气阻力的影响，那么（　　）

A . a比b先到达出谷口 B . 到达出谷口时a的速度较大，b的速度较小 C . a经由S₃离开风力场，b经由S₂离开风力场 D . 离开出谷口时，a的机械能增量较小，b的机械能增量较大

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5. (2023高二下·天津市期末) 如图，篮球运动员站在广场上的某一喷泉水柱旁边，虚线“1”“2”“3”所在水平面分别是地面、运动员的头顶、该水柱最高点所在的水平面。若喷管管口直径为6cm。根据图中信息和生活经验，估算一个喷管喷水消耗的功率与哪个最接近（　　）

A . 3kW B . 15kW C . 30kW D . 45kW

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6. (2022高二上·河南开学考) 如图所示为蹦床比赛运动员在做准备动作。不计空气阻力，关于整个运动过程中涉及的物理规律，下列说法正确的是（　　）

A . 运动员从向下发力至蹦床形变最大的过程中，运动员重力势能减小，动能增加 B . 运动员从蹦床形变最大位置到刚要脱离蹦床的过程中，蹦床的弹性势能全部转化为运动员的动能 C . 运动员从蹦床形变最大位置运动至最高点过程中，运动员的机械能守恒 D . 运动员从蹦床形变最大位置运动至最高点过程中，重力势能增加，动能先增大后减小

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7. (2021高二下·洛阳期中) 近年来，我国的航天事业取得巨大成就，"天问一号"的成功发射，"北斗"系统的成功组网等等，发射各类航天器都要用到火箭。关于火箭下列说法正确的是（　　）

A . 火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭反作用力作用的结果 B . 火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能 C . 火箭运动过程中，牛顿第三定律适用，牛顿第二定律不适用 D . 为了提高火箭的速度，实际上可以不断的增加火箭的级数

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8. (2023高三上·南海月考) 2022年11月5日，金沙江白鹤滩水电站10号机组正式投入商业运行，预计每年平均发电量将达到624亿千瓦时。以下相关说法，正确的是（）

A . 千瓦时是能量单位 B . 因为能量守恒，所以没必要节能 C . 水能、风能、太阳能等均属于不可再生能源 D . 目前的核电站主要利用核聚变来实现发电

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9. (2022高二上·上饶月考) 能源是人类社会发展进步的物质基础。根据国际能源专家的预测，地球上蕴藏的煤炭将在今后200年内开采完毕，石油将在今后三四十年内告罄，天然气也只能再维持60年左右。能源问题将成为长期困扰人类生存和社会发展的一个主要问题。下列关于能源的说法中，正确的是（）

A . 水能是不可再生能源 B . 由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C . 节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D . 煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

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10. (2022高二上·龙华期末) 关于能源与能量，下列说法正确的是（　　）

A . 因为能量守恒，所以不需要节约能源 B . 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 C . 自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 D . 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造

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11. (2024高二上·肇东期末) 如图所示，空间中存在水平向左的匀强电场．在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液滴沿直线由b运动到d，且直线bd方向与竖直方向成45°角，下列判断正确的是（）

A . 液滴带正电荷 B . 液滴的电势能减小 C . 液滴的重力势能和电势能之和不变 D . 液滴的电势能和动能之和不变

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12. (2023高三上·重庆市期末) 如图所示，在一个粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块。由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止。在物块的运动过程中，下列表述正确的是

A . 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 B . 库仑力对两物块做的功相等 C . 最终，两个物块的电势能总和不变 D . 最终，系统产生的内能等于库仑力做的总功

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二、多项选择题

13. (2024高二上·本溪期末) 如图所示，劲度系数为k的轻弹簧左端固定，右端连一带负电荷的物块，物块的质量为m ，带电荷量为q ，可在光滑水平面上左右移动，水平面上方还有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E ，开始时物块在向右的大小为 $\text{[math]}$ 的外力F作用下静止在M点。现将力F撤去，规定物块在M点时的电势能为零，对之后的过程，以下说法正确的是（　　）

A . 弹簧和物块组成的系统机械能和电势能之和不变 B . 弹簧处于原长时，物块的速度最大 C . 弹簧被压缩到最短时，物块的加速度大小为0 D . 物块的最大动能为 $\text{[math]}$

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14. (2023高二上·越秀期中) 随着“共享单车”的持续火热，“共享汽车”也悄然出现。下表是某种共享汽车的主要参数：
空车质量 800kg
电池容量 44kW•h
标准承载 200kg
最大续航（充满电最大行驶路程） 200km
所受阻力与汽车总重比值 0.09
根据上述信息，则下列说法正确的是（　　）

A . 工作时，电动汽车的电动机是将机械能转化成电能 B . 电池容量44kW·h指的是汽车电池充满电时的电量 C . 标准承载下，电动汽车以72km/h的速度匀速行驶10min的耗电量为3kW∙h D . 若标准承载下汽车速度能达120km/h，则电动机最大输出功率不小于30kW

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15. (2023高一下·长春期末) 关于下列图片的描述，说法正确的是（　　）

A . 用力拉弹簧使弹簧伸长，弹力做正功，弹性势能增加 B . 水平面光滑，木块和木板间接触面粗糙，木块沿放在水平面上的木板的上表面滑行，木块和木板组成的系统动量守恒，机械能也守恒 C . 用力将物体向下压使弹簧压缩到最短，放手后物体和弹簧组成的系统机械能守恒 D . 章鱼通过身体前面的孔将“墨汁”喷出，身体很快向后运动体现了反冲原理

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16. (2023高二下·天津市期末) 如图，跳水运动员踏板的过程可以简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的跳板上（A位置），随跳板一同向下做变速运动到达最低点（B位置）。运动员从位置A运动到位置B的过程中，下列说法正确的是（　　）

A . 运动员的机械能守恒 B . 运动员的动能先增大后减小 C . 重力做的功小于跳板的作用力对她做的功 D . 到达位置B时，运动员所受合外力为零

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17. (2023高三上·济宁月考) 用带有弹簧的晾衣夹自制的汤匙投球器，将一小球掷出去，同时用高频摄像机记录投射与飞行过程，如图1所示。逐帧分析小球的运动轨迹，并绘制出小球水平及竖直方向的速度与时间的关系图像如图2所示。图2中实线为球水平速度，虚线为球竖直速度。不计风力和空气阻力，则下列分析正确的是（）

A . 该小球被掷出瞬间的速率为2.5m/s B . 该小球最高点距离地面的高度约为1.88m C . 当地的重力加速度大小约为 $\text{[math]}$ D . 该小球掷出过程获得的动能等于投球器做的功

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18. (2023高三上·山西期中) 两滑轮间距离为10m的传送带与地面成 $\text{[math]}$ 角放置，在电动机带动下传送带以 $\text{[math]}$ 的恒定速率顺时针运行，将静止在传送带底端质量为10kg物体运输到顶端。已知物体与传送带间的动摩擦因数为 $\text{[math]}$ ，重力加速度g取 $\text{[math]}$ ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（）

A . 物体先加速后减速运动 B . 物体从底端被传送到顶端的时间为3s C . 物体从底端被传送到顶端的过程中滑动摩擦力做功375J D . 物体从底端被传送到顶端的过程中电动机相对于空载多消耗电能1000J

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三、非选择题

19. (2023高三上·南京模拟) 如图所示是一传送装置，其中 $\text{[math]}$ 段粗糙， $\text{[math]}$ 段长 $\text{[math]}$ ，与小球间的动摩擦因数 $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 段均可视为光滑， $\text{[math]}$ 是半径 $\text{[math]}$ 的半圆形轨道，其直径 $\text{[math]}$ 沿竖直方向， $\text{[math]}$ 位于 $\text{[math]}$ 竖直线上， $\text{[math]}$ 间的距离恰能让小球自由通过。其中 $\text{[math]}$ 点又与足够长的水平传送带的右端平滑对接，传送带以 $\text{[math]}$ 的速率沿顺时针方向匀速转动，小球与传送带之间的动摩擦因数也为 $\text{[math]}$ 。左端竖直墙上固定有一轻质弹簧，现用一可视为质点的小球压缩弹簧至 $\text{[math]}$ 点后由静止释放 $\text{[math]}$ 小球和弹簧不粘连 $\text{[math]}$ ，小球刚好能沿圆弧 $\text{[math]}$ 轨道滑下，而始终不脱离轨道。已知小球质量 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ 取 $\text{[math]}$ 。试求：
1. （1）弹簧压缩至 $\text{[math]}$ 点时所具有的弹性势能；
2. （2）小球第一次在传送带上滑动的过程中，在传送带上留下的痕迹的长度；
3. （3）小球第一次在传送带上滑动的过程中，小球与传送带因摩擦产生的热量和电动机多消耗的电能。
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20. (2024高三上·扬州期末) 如图所示，光滑水平桌面上，一轻质弹簧左端固定，用质量m＝0.1kg的小球压缩，释放后，小球离开弹簧的速度 $\text{[math]}$ 。小球从O点飞出，在斜面上第一次落点为A，第二次落点为B。小球与斜面碰撞前后沿斜面的分速度不变，垂直斜面的分速度大小不变、方向相反．已知斜面倾角为37°， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，不计空气阻力。求：
1. （1）弹簧的弹性势能最大值 $\text{[math]}$ ；
2. （2）小球从O到A运动的时间 $\text{[math]}$ ；
3. （3） O与B间距离L。
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21. (2023高一下·毕节期末) 如图所示，物块A、木板B的质量分别为4kg、2kg， A可视为质点，木板B放在光滑水平面上，木板B长4m。开始时A、B均静止，某时A获得6m/s的水平初速度，从B板最左端开始运动。已知A与B间的动摩擦因数为0.2，g=10 m/s²。
1. （1） A、B相对运动过程中，求A、B的加速度大小
2. （2）请判断A能否从B上滑下来，若能，求A、B分离时的速度大小；若不能，求A、B最终的
  速度大小
3. （3）求A、B相对运动过程中因摩擦产生的热量
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22. (2023高一下·恭城期末) 如图所示轻质绝缘弹簧水平放置在绝缘水平面上，弹簧处于原长状态时恰好在A点，A点左侧光滑，右侧粗糙，AB部分长为1.2m，滑块与AB部分的动摩擦因数μ=0.2，弹簧一端固定在竖直墙上，另一端放一质量m=0.2kg的滑块（不栓接）。BC为半径R=0.4m的光滑绝缘圆弧轨道，其中θ=60°，虚线右侧有一足够宽匀强电场，场强 $\text{[math]}$ 。现将一滑块置于弹簧右端，当弹簧压缩到某位置时由静止释放滑块，滑块被弹出运动至B点时对圆弧轨道的压力为滑块重力的5倍，此后滑块进入圆弧轨道并从C点抛出，滑块带电量q=+2.0×10^-3C，重力加速度g取10m/s² ， CD高度差为0.8m，求：
1. （1）滑块运动至B点时速度大小；
2. （2）弹簧的弹性势能；
3. （3）小球落在DH水平面上的位置距离D点的水平距离。
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23. (2023高二下·静安期末) 【低碳经济】低碳经济是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。
根据经济学家和科学家的普遍估计，到 21 世纪中叶，即 2050 年左右，石油资源将被开采殆尽，其价格将升到很高，不再适于大众化普及应用。届时如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害最重。最严重时，现代工业将大幅度萎缩，甚至会因为抢占剩余的石油资源而爆发战争。
1. （1）能源利用的过程实质是（）
  
  A . 能量被消耗的过程 B . 产生能量的过程 C . 能量的转化和传递的过程 D . 能量的转化、传递和消耗的过程
2. （2） “绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（）
  
  A . 因为能量守恒，所以不需要节约能源 B . 自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用 C . 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D . 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
3. （3）下列设想不符合能量守恒定律的是（）
  
  A . 利用核动力，驾驶地球离开太阳系 B . 做一条船，利用流水的能量逆水行舟 C . 通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D . 利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械
4. （4）煤、石油等直接来自自然界的能源称为能源。电能等从一次能源转化而来的能源称为能源。
5. （5）下述做法能改善空气质量的是（）
  
  A . 以煤等燃料作为主要生活燃料 B . 利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C . 鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D . 限制使用电动车
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24. (2022高三上·抚顺期中) 如图所示，带孔物块A穿在竖直固定的细杆上，不可伸长的轻质柔软细绳一端连接物块A，另一端跨过轻质定滑轮连接物块B，用手将物块A向上移动到与定滑轮等高处由静止释放后，两物块开始在竖直方向上做往复运动。已知物块A的质量为m，物块B的质量为2m，定滑轮到细杆的距离为L，细绳的长度为2L，重力加速度大小为g，忽略一切阻力，定滑轮大小不计，两物块均可视为质点，求：
1. （1）物块B与定滑轮间的最小距离d；
2. （2）物块A、B处于同一高度时系统的总动能 $\text{[math]}$ ；
3. （3）物块A、B的总动能最大时物块B的动能 $\text{[math]}$ 。
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25. (2024高二上·双港期末) 利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6V，电源内阻r＝1Ω，电阻R＝3Ω，重物质量m＝0.10kg，当将重物固定时，电压表的示数为5V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V，求：
1. （1）电动机的内阻；
2. （2）重物匀速上升时电动机的输入功率；
3. （3）重物匀速上升的速度大小（不计摩擦，g取10m/s²）。
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26. (2023高三上·怀仁期中) 梦天实验舱成功发射后运行在距地球表面高度为h的圆轨道上，实验舱拥有一项特别“炫酷”的功能—在轨释放微小卫星。航天员把微小卫星装入释放机构，释放机构再像弹弓一样，在很短的时间内把微小卫星沿空间站前行方向弹射出去。若某个质量为m的微小卫星被弹射后恰能脱离地球的引力范围，即到达距地球无限远时的速度恰好为零。已知质量分别为的两个质点相距为r时，它们间的引力势能为（，引力势能为0）。地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G。求：
1. （1）微小卫星与实验舱在轨运行时的速度；
2. （2）释放机构弹射微小卫星过程中做的功。
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27. (2023高三上·徐州期中) 如图所示，长度为L，倾角为θ的传送带始终以速度v₀顺时针运动，其顶端与一平台水平相切，平台上固定一个电动机，电动机的缆绳跨过光滑定滑轮与一个物块（视为质点）相连。电动机未启动时，物块静止在传送带底端，缆绳刚好伸直但无拉力。某时刻启动电动机，物块在缆绳恒定拉力的牵引下沿传送带向上运动，物块速度增加至v₀后，运动到传送带顶端时，此时速度大小为2v₀。物块质量为m，重力加速度为g，缆绳质量忽略不计。求：
1. （1）传送带表面与物块之间动摩擦因数µ；
2. （2）物块速度为0.5v₀时，物块的加速度大小a；
3. （3）物块沿传送带上升的过程中，传送带对它做的功W。
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28. (2023高三上·滨海期中) 如图所示，不可伸长的轻质细绳一端系一物块B，另一端绕过定滑轮系若物块A。开始外力托着A，使A、B均处于静止状态，绳刚好处于伸长状态。已知物块A的质量 $\text{[math]}$ 、物块B的质量 $\text{[math]}$ ，物块A离水平地面高度 $\text{[math]}$ ，重力加速度大小 $\text{[math]}$ ，不计绳与定滑轮的摩擦及空气阻力。当撤去外力后，物块A加速下落，碰地后速度为零。求：
1. （1）物块A碰地前瞬间速度大小v；
2. （2）物块A加速下落过程的机械能变化量 $\text{[math]}$ ；
3. （3）以水平地而为参考平面，物块B能上升的最大高度H。（上升过程中物块B不会与滑轮相碰）
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29. (2023高三上·浦东期中) 地面深空高能射线探测
2021 年《自然》杂志报道了中国科学家在稻城“拉索 ”基地探测到的迄今为止最高能量的γ射线，能量值达到1.40 × 10¹⁵eV。若此能量全部用以加速一个静止的氦核（ $\text{[math]}$ ），不考虑氦核因加速而产生的电磁辐射以及相对论效应，氦核最终能被加速到 m/s （e=1.60×10⁻¹⁹C，氦核的静止质量6.68×10⁻²⁷kg）。
若采用电场加速氦核，需要提供V的电压才能将氦核加速到上述速度。
你认为你计算的结果合理吗? 简要阐述理由。

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四、简答题

30. (2024高二下·天心开学考) 一般的曲线运动，尽管曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作是圆周运动的一部分，该一小段圆周的半径为该点的曲率半径。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
张伟设计了如图所示的过山车模型。质量为 $\text{[math]}$ 的小球从某点由静止释放后沿倾斜轨道下滑，经水平轨道 $\text{[math]}$ 进入半径 $\text{[math]}$ 的圆形轨道，恰能做完整的圆周运动；再经水平轨道 $\text{[math]}$ 进入“水滴形”曲线轨道 $\text{[math]}$ 并能一直沿轨道运动。已知 $\text{[math]}$ 点的曲率半径 $\text{[math]}$ ， “水滴形”轨道最高点 $\text{[math]}$ 与圆形轨道最高点 $\text{[math]}$ 等高。在“水滴形”轨道 $\text{[math]}$ 上运动时，小球的向心加速度大小为一个定值，“水滴形”轨道左右对称。忽略所有轨道摩擦力，各轨道都平滑连接， $\text{[math]}$ 取 $\text{[math]}$ 。
1. （1）求 $\text{[math]}$ 点的曲率半径 $\text{[math]}$ ；
2. （2）将小球想象成“乘客”，试从“乘客”在圆形轨道和“水滴形”轨道的最高点、最低点、运动过程中的受力情况来分析说明：过山车轨道应该选择圆形轨道还是“水滴形”轨道。
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