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=0.50,不计空气阻力,重力加速度g=10 m/s2,斜坡倾角θ=37°。

(1)若人和滑块的总质量为m=60 kg,求人在斜坡上下滑时的加速度大小。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(2)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50 m,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,对高度应有怎样的要求?

(1)a=2 m/s2 (2)斜坡的高度不应超过25 m。

解析:(1)在斜坡上下滑时,由牛顿第二定律得mgsinθ-f=ma①,N-mgcosθ=0②,f=μN③。解①②③得,a=gsinθ-μgcosθ=2 m/s2

(2)设斜坡的最大高度为h,滑至底端时的速度为v,则v2=2a④,沿BC段前进时的加速度a′=μmg/m=μg⑤,沿BC段滑行的距离L=v2/(2a′)⑥,为确保安全要求,则L+hcotθ≤s⑦,④⑤⑥⑦联立解得h≤25 m,故斜坡的高度不应超过25 m。

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