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16.民用航空客机的机舱,除了有正常的舱门和悬梯连接,供旅客上下飞机,一般还设有紧急出口,发生意外的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊构成的斜面,气舱中的人可沿该斜面滑行到地面上来.某机舱离气囊底端的竖直高度AB=6.0m,气囊构成的斜面长AC=10.0m,斜面与水平面CD间有一段小圆弧平滑连接,一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下,人与气囊、地面间的动摩擦因素均为μ=0.5.不计空气阻力,g=10m/s2.
(1)人从斜面上滑下时的摩擦力大小;
(2)人从斜面上滑到斜面底端C时经历的时间;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行多远才能停下.

分析 (1、2)人从斜坡上滑下时受到重力、斜面的支持力和滑动摩擦力,作出力图,根据滑动摩擦力公式求解摩擦力,根据牛顿第二定律求解加速度.根据位移公式$x=\frac{1}{2}a{t}^{2}$可得滑到斜坡底端C处所需时间;
(3)人在地面上滑行时水平方向受到滑动摩擦力作用,由牛顿第二定律求出加速度,再由速度与位移的关系式求出在地面上滑行的距离.

解答 解:(1)根据几何关系得:sinθ=$\frac{h}{L}=\frac{6}{10}=\frac{3}{5}$,
则有:θ=37°,
物体受力如右图所示,人从斜面上滑下时的摩擦力大小为:
f=μmgcosθ=0.5×60×10×0.8=240N
(2)由牛顿运动定律有:
mgsinθ-f=ma
代入数据解得:a=2m/s2
根据$L=\frac{1}{2}a{t}^{2}$得滑到斜坡底端C处所需时间为:
$t=\sqrt{\frac{10×2}{2}}=\sqrt{10}s$
(3)人在C点的速度为:
${v}_{C}=at=2\sqrt{10}m/s$
人离开C点后,由牛顿运动定律:μmg=ma′
由02-vC2=2(-a′)s′
代入数据解得:s′=4.0m
答:(1)人从斜面上滑下时的摩擦力大小为240N;
(2)人从斜面上滑到斜面底端C时经历的时间为$\sqrt{10}s$;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行4m才能停下.

点评 本题是实际问题,关键要建立物理模型,对问题进行简化,分析人的受力情况和运动情况是基础,注意在斜面上和水平面上滑行的加速度不同.

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