题目内容

在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动.如图所示,人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑,滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来,斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的,滑板与两滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,斜坡倾角θ=37°.
(1)若人和滑块的总质量为m=60kg,求人在斜坡上下滑时的加速度大小.
(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50m,为确保人身安全,假如你是设计师,你认为在设计斜坡滑道时,对高度h应有怎样的要求?
分析:(1)对人和滑块受力分析,受到重力、支持力和摩擦力的作用,沿着斜面方向的合力产生加速度,由牛顿第二定律可以求得加速度的大小;
(2)人在斜面上做加速运动,到达水平面上之后做匀减速运动,由牛顿第二定律可以求得人在两个过程的加速度的大小,再由匀变速直线运动的公式可以求得高度的大小.
解答:解(1)对人和滑块受力分析,由牛顿第二定律可得,
加速度为:a1=g(sinθ-μcosθ)=2m/s2
(2)设高为h,则斜面长s=
5
3
h,水平面BC长L=50-
4
3
h,
滑到B点时的速度V12=2as=
20
3
h,
在地面滑动时加速度大小为:a2=μg=5m/s2
又有 L=
V
2
1
2a2

即 50-
4
3
h=
20
3×2×5
h  
解得 h=25m.
答:(1)人在斜坡上下滑时的加速度大小是2m/s2
(2)高度h最高为25m.
点评:本题是对牛顿第二定律的应用,对物体受力分析可以求得加速度的大小,再利用匀变速直线运动的规律可以求得高度的大小.
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