题目内容

【题目】第24届冬奥会将于2022年在北京举行,冰壶是比赛项目之一。如图甲,蓝壶静止在大本营圆心O处,红壶推出后经过P点沿直线向蓝壶滑去,滑行一段距离后,队员在红壶前方开始。不断刷冰,直至两壶发生正碰为止。已知,红壶经过P点时速度v0=3.25m/s,P、O两点相距L=27m,大本营半径R=1.83m,从红壶进人刷冰区域后某时刻开始,两壶正碰前后的v-t图线如图乙所示。假设在未刷冰区域内两壶与冰面间的动摩擦因数恒定且相同,红壶进入刷冰区域内与冰面间的动摩擦因数变小且恒定,两壶质量相等且均视为质点。

(1)试计算说明碰后蓝壶是否会滑出大本营;

(2)求在刷冰区域内红壶滑行的距离s。

【答案】(1)会滑出;(2)s=15m

【解析】

(1)设冰壶的质量为m,碰撞前、后瞬间红壶、蓝壶的速度分别为v1、和,由图乙可得

v1=1.25m/s

=0.25m/s

由动量守恒定律得

①

设碰后蓝壶滑行距离为s1,红壶、蓝壶的加速度大小均为a1

②

③

由①②③及图乙信息得

s1=2.00m>R=1.83m④

会滑出;

(2)设在不刷冰区域红壶受到的摩擦力大小为

⑤

由图乙可得t=0时红壶的速度=1.35m/s,设在刷冰区域红壶受到的摩擦力大小为,加速度大小为

⑥

在红壶经过P点到与蓝壶发生正碰前的过程中,由动能定理得

⑧

由③⑤⑥⑦⑧式及代入数据得

s=15m⑨

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