水上滑梯可简化成如图所示的模型:倾角为θ=37°斜滑道AB和水平滑道BC平滑连接(设经过B点前后速度大小不变),起点A距水面的高度H=7.0m,BC长d=2.0m,端点C距水面的高度h=1.0

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

水上滑梯可简化成如图所示的模型:倾角为θ=37°斜滑道AB和水平滑道BC平滑连接(设经过B点前后速度大小不变),起点A距水面的高度H=7.0m,BC长d=2.0m,端点C距水面的高度h=1.0m.一质量m=50kg的运动员从滑道起点A点无初速地自由滑下,运动员与AB、BC间的动摩擦因数均为μ=0.1.(取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,运动员在运动过程中可视为质点)
(1)求运动员沿AB下滑时加速度的大小a;
(2)求运动员从A滑到C的过程中克服摩擦力所做的功W和到达C点时速度的大小υ;
(3)保持水平滑道端点在同一竖直线上,调节水平滑道高度h和长度d到图中B′C′位置时,运动员从滑梯平抛到水面的水平位移最大,求此时滑道B′C′距水面的高度h′.
魔方格

◎ 答案

(1)运动员沿AB下滑时,受力情况如图所示

魔方格

Ff=μFN=μmgcosθ
根据牛顿第二定律:mgsinα-μmgcosθ=ma  
得运动员沿AB下滑时加速度的大小为:
a=gsinθ-μgcosθ=5.2 m/s2     
(2)运动员从A滑到C的过程中,克服摩擦力做功为:
W=μmgcosθ(
H-h
sin37°
)+μmgd=μmg[d+(H-h)cotθ]=μmg×10=500J
由动能定理得:mg(H-h)-W=
1
2
mv2           
得运动员滑到C点时速度的大小  v=10m/s      
(3)在从C点滑出至落到水面的过程中,运动员做平抛运动的时间为t,
h’=
1
2
gt2,t=

2h′
g

下滑过程中克服摩擦做功保持不变W=500J
根据动能定理得:mg(H-h’)-W=
1
2
mv2,v=

2g(H-h′)-
2W
m

运动员在水平方向的位移:x=vt═

2g(H-h′)-
2W
m
?

2h′
g
=2

-h2+6h′
=2
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