题目内容
湖南省电视台“智勇大冲关”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(13)所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点,选手抓住绳子末端由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角
=53°,绳长l=2m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g=10m/s2(sin53o=0.8,cos53o=0.6)。求:
(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)选手摆到右边最高点时松手,选手将做什么运动?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)若要求选手摆到最低点时松手,且运动到浮台处离岸水平距离最大,则选手应将手握住绳子上离O点多长处?
(1)机械能守恒
① (2分)
圆周运动:F′-mg=m
② (2分)
解得:F′=(3-2cos
)mg=1080N ③ (1分)
则:人对绳的拉力:F=F′=1080N (1分)
(2)选手从最高点开始自由落体运动 (1分)
动能定理 mg(H-lcos
+d)-(f1+f2)d=0 ④ (2分)
则d=
=1.2m ⑤ (2分)
(3)选手从最低点开始做平抛运动:x=vt ⑥ (1分)
H-l=
⑦ (1分)
由①⑥⑦解得
(1分)
解得:当l=
=1.5m时,x有最大值 (1分)
解析:略