题目内容
在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论。如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点, 选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角
=53o,绳的悬挂点O距水面的高度为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深。取重力加速度
, (
,
)![]()
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若绳长L="2m," 选手摆到最高点时松手落入水中。设水对选手的平均浮力
,平均阻力
,求选手落入水中的深度
;
(3)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点。
(1)1080N;(2)1.2m;(3)当绳长越接近1.5m时,落点距岸边越远
解析试题分析:(1)选手抓住绳由静止开始摆到最低点由机械能守恒定律得:
mgl(1-cos
)=
mv2 ① (2分)
设在最低点时绳对人的拉力为
,由牛顿第二定律得:
F′-mg=m
(2分)
解得 F′=(3-2cos
)mg=1080N (1分)
由牛顿第三定律得人对绳的拉力F=1080N (1分)
(2)选手抓住绳由静止开始到落入水中的深度
过程中由动能定理得:
mg(H-lcos
+d)-(f1+f2)d=0 (3分)
则d=
解得d=1.2m (3分)
(3)选手从最低点开始做平抛运动
x="vt" (1分)
H-l=
(1分)
且有①式mgl(1-cos
)=
mv2
解得x=2
(2分)
当l=
时,x有最大值 解得l="1.5m" (1分)
因此,两人的看法均不正确.当绳长越接近1.5m时,落点距岸边越远。(1分)
考点:机械能守恒定律, 平抛运动,动能定理