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高中物理
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综合题
1.
(2021·浙江模拟)
小珂在游乐场游玩时,发现过山车有圆形轨道也有水滴形轨道,想到了教材必修2上有如下表述:运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动,可以称为一般的曲线运动。尽管这时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做圆周运动的一部分(注解: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(如图所示),小珂设计了如图所示过山车模型,质量为m的小球在A点静止释放沿倾斜轨道
下滑,经水平轨道
进入半径
的圆形轨道(恰能做完整的圆周运动),再经水平轨道
进入“水滴”形曲线轨道
,E点的曲率半径为
,并且在水滴形轨道上运动时,向心加速度大小为一定值,F与D等高。忽略所有轨道摩擦力,轨道连接处都平滑连接,水滴形轨道左右对称。(
)
(1) 求小球释放点A距离水平面的高度H;
(2) 设小球在圆形轨道上运动时,离水平面的高度为h,求向心加速度a与h的函数关系;
(3) 设小球在水滴形轨道上运动时,求轨道曲率半径r与h的函数关系(h为小球离水平面的高度)。
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