某游乐场过山车模型简化为如图5－3－19所示，光滑的过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，圆形轨道的半径为R.可视为质点的过

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某游乐场过山车模型简化为如图5－3－19所示，光滑的过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，圆形轨道的半径为R.可视为质点的过山车从斜轨道上某处由静止开始下滑，然后沿圆形轨道运动．

（1）若要求过山车能通过圆形轨道最高点，则过山车初始位置相对于圆形轨道底部的高度h至少要多少？
（2）考虑到游客的安全，要求全过程游客受到的支持力不超过自身重力的7倍，过山车初始位置相对于圆形轨道底部的高度h不得超过多少？

答案

2.5R 3R

解析

试题分析：（1）设过山车总质量为m₀，从高度h₁处开始下滑，恰能以v₁过圆形轨道最高点，在圆形轨道最高点有： m₀g＝

①
运动过程机械能守恒： m₀gh₁＝2m₀gR＋

m₀

②
由①②式得：h₁＝2.5R 高度h至少要2.5R
（2）设从高度h₂处开始下滑，过圆形轨道最低点时速度为v₂，游客受到的支持力最大是F_N＝7 mg
最低点时：F_N－mg＝m

③
运动过程机械能守恒：mgh₂＝

④
由③ ④ 式得：h₂＝3R 高度h不得超过3R.

举一反三

如图所示，放置在竖直平面内的光滑杆AB，是按照从高度为h处以初速度v₀平抛的运动轨迹制成的，A端为抛出点，B端为落地点。现将一小球套于其上，由静止开始从轨道A端滑下。已知重力加速度为g，当小球到达轨道B端时（）

A．小球的速率为

B．小球竖直方向的速度大小为

C．小球在水平方向的速度大小为

D．小球在水平方向的速度大小为

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利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾
斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨
过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离， b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动。

⑴用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图所示，由此读出b=mm；
⑵滑块通过B点的瞬时速度可表示为；
⑶某次实验测得倾角

，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔE_k=，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=，在误差允许的范围内，若ΔE_k= ΔE_p则可认为系统的机械能守恒；
⑷在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的

图象如图所示，并测得M=m，则重力加速度g＝m/s²。

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（16分）如图所示，A、B两球质量均为m，其间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态。弹簧的长度、两球的大小均可忽略，整体视为质点。该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下滑，滑至最低点时，解除对弹簧的锁定状态之后，B球恰好能到达轨道最高点，求：

（1）滑至最低点时，解除对弹簧的锁定状态之前A球和B球的速度v₀的大小。
（2）最低点时，解除对弹簧的锁定状态之后A球和B球速度v_A和v_B的大小。
（3）弹簧处于锁定状态时的弹性势能。

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如图所示，轻质弹簧的一端固定在墙上，另一端与质量为m的物体A相连，A放在光滑水平面上，有一质量与A相同的物体B，从高h处由静止开始沿光滑曲面滑下，与A相碰后一起将弹簧压缩，弹簧复原过程中某时刻B与A分开且沿原曲面上升．下列说法正确的是（）

A．B能达到的最大高度为

B．B能达到的最大高度为

C．弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为

D．弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为mgh

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如图所示，质量为1 kg的铜球从5 m高处自由下落,又反弹到离地面3.2 m高处,若铜球和地面之间的作用时间为0.1 s,求铜球对地面的平均作用力?（g="10" m/s²）

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