歸納式探究--探究小球沿過山車軌道的運動
小雨觀察到游樂場的過山車可以底朝上在圓形軌道上運動,游客卻不會掉下來。他想探索其中的奧秘,做了以下兩個探究:
(1)探究一:如圖甲所示,小球由A點沿光滑軌道自由運動到B點,小球到達B點的速度v與高度h和小球質(zhì)量m的關(guān)系,數(shù)據(jù)如表一。
表一:
實驗次數(shù) |
h/m |
m/kg |
v2/(m2?s-2) |
1 |
0.2 |
2.0×10-2 |
4.0 |
2 |
0.4 |
2.0×10-2 |
8.0 |
3 |
0.4 |
3.0×10-2 |
8.0 |
4 |
0.8 |
2.5×10-2 |
16.0 |
則小球到達B點的速度v與
高度h
高度h
有關(guān),且v
2=k
1h
h
。
探究二:如圖乙所示,小球以一定速度從B點沿光滑的豎直圓形軌道運動,恰好通過最高點C.小球在B點的速度v與軌道半徑r的關(guān)系,數(shù)據(jù)如表二。
實驗次數(shù) |
r/m |
v2/(m2?s-2) |
1 |
0.15 |
7.5 |
2 |
0.30 |
15.0 |
3 |
0.45 |
22.5 |
則小球在B點的速度v與軌道半徑r的關(guān)系式為
v2=50m/s2×r
v2=50m/s2×r
。
(3)如圖丙所示,將甲、乙兩軌道組合后,小球從A點沿光滑軌道自由運動,若r=0.4m,要使小球經(jīng)過B點后能恰好通過C點,則h=
1m
1m
。