题目内容

10.2010年温哥华冬奥会上,我国自由式滑雪运动员李妮娜荣获亚军.如图所示,李妮娜从四分之一圆弧半径为r的雪道上A处自静止开给下滑,经B处后沿水平雪道滑至C处停止.已知李妮娜与滑雪板的总质量m=80kg,圆弧轨道半径r=10m,用测速仪测得雪撬在B处的速度值v=10m/s,滑雪板与水平雪道间的动摩擦因数μ为0.5,不计空气阻力和连接处能量损失,运动过程中李妮娜与滑雪板可视为质点.问:
(1)从A到C过程中,李妮娜与滑雪板所受重力做了多少功;
(2)到B点时,李妮娜与滑雪板对C点雪道的压力是多少;
(3)最终李妮娜停在C点离B点的距离是多少.

分析 (1)重力做功由公式W=mgh求,h是初末位置的高度差.
(2)在B点,由重力和轨道支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律求出支持力,从而得到对轨道的压力.
(3)对BC过程,运用动能定理求出CB间的距离.

解答 解:(1)从A到C过程中,李妮娜与滑雪板所受重力做功为 WG=mgr=80×10×10J=8000J;
(2)到B点时,由牛顿第二定律得
     N-mg=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
解得 N=1600N
根据牛顿第三定律得,李妮娜与滑雪板对C点雪道的压力是1600N;
(3)对BC过程,由动能定理得
-μmgS=0-$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得 S=10m
即最终李妮娜停在C点离B点的距离是10m.
答:
(1)从A到C过程中,李妮娜与滑雪板所受重力做了8000J的功;
(2)到B点时,李妮娜与滑雪板对C点雪道的压力是1600N;
(3)最终李妮娜停在C点离B点的距离是10m.

点评 本题是动能定理和向心力公式的运用问题,要知道动能定理不仅适用于直线运动,而且适用于曲线运动,对单个过程和多过程均适用.

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