如图甲为一个儿童电动小汽车的轨道传送接收装置,L=1 m的水平直轨道AB与半径均为0.4 m的竖直光滑螺旋圆轨道(O、O′为圆心,C为最高点)相切于B,B′为第2个圆与水平轨道的切点,O′D与O′B′的夹角为60°,接收装置为高度可调节的平台,EF为平台上一条直线,O′EF在同一竖直平面内,装置切面图可抽象为图乙模型。质量为0.6 kg的电动小汽车以额定功率P=6 W从起点A启动沿轨道运动一段时间(到达B点之前电动机停止工作),刚好能通过C点,之后沿圆弧从B′运动至D点后抛出,沿水平方向落到平台E点,小汽车与水平直轨道AB的动摩擦因数为μ=0.2,其余轨道均光滑,g=10 m/s
2(空气阻力不计,小汽车运动过程中可视为质点)。
(1)求电动机工作时间?
(2)要保证小汽车沿水平方向到达平台E点,求平台调节高度H和EB′的水平位移x
2;
(3)若抛出点D的位置可沿圆轨道调节,设O′D与O′B′的夹角为θ,要保证小汽车沿水平方向到达平台E点,写出平台的竖直高度H、平台落点到抛出点的水平位移x1、角度θ的关系方程。
