题目内容
滑板运动是一项陆地上的“冲浪运动”,滑板运动员可在不同的滑坡上滑行,做出各种动作给人以美的享受。如图甲所示,abcdef为同一竖直平面上依次平滑连接的滑行轨道,其中ab段水平,H=3m,bc段和cd段均为斜直轨道,倾角θ=37º,de段是一半径R=2.5m的四分之一圆弧轨道,O点为圆心,其正上方的d点为圆弧的最高点,滑板及运动员总质量m=60kg,运动员滑经d点时轨道对滑板支持力用Nd表示,忽略摩擦阻力和空气阻力,取g=10m/s2,sin37º=0.6,cos37º=0.8. 除下述问(3)中运动员做缓冲动作以外,均可把滑板及运动员视为质点。
(1)运动员从bc段紧靠b处无初速滑下,求Nd的大小;
(2)运动员逐渐减小从bc上无初速下滑时距水平地面的高度h,请在图乙的坐标图上作出Nd-h图象(只根据作出的图象评分,不要求写出计算过程和作图依据);
(3)运动员改为从b点以υ0=4m/s的速度水平滑出,落在bc上时通过短暂的缓冲动作使他只保留沿斜面方向的速度继续滑行,则他是否会从d点滑离轨道?请通过计算得出结论
(本题15分) 解:(1)从开始滑下至d点,由机械能守恒定律得 ① ② 由①②得: ③ (2)所求的图象如图所示(图线两个端点画对各得1分,图线为直线得1分) (3)当以从b点水平滑出时,运动员做平抛运动落在Q点,如图所示。设Bq=,则 ④⑤ 由④⑤得⑥ ⑦ 在Q点缓冲后 ⑧ 从 ⑨ 运动员恰从d点滑离轨道应满足: ⑩ 由⑨⑩得 即 ⑩ 可见滑板运动员不会从圆弧最高点d滑离轨道.
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