题目内容

13.在《爸爸去哪儿》的综艺节目中,在宁夏中卫沙坡头(沙坡头位于腾格里沙漠东南边缘处,集大漠、黄河、高山、绿洲为一处)有一场滑沙的娱乐活动,可简化为理想模型,如图所示,人坐在滑板上从斜坡高处A点由静止开始下滑,滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来,若斜坡滑道与水平滑道是平滑连接的,滑板与两滑道之间的动摩擦因数均为0.5,不计空气阻力,人和滑板的总质量为m=60kg,g取10m/s2,斜坡倾角θ=37°,(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
求:(1)人在斜坡上下滑的加速度大小.
(2)人在斜坡上滑行的时间和在直道上滑行时间的比值是多少?
(3)若由于受到场地的限制,A点到C点的水平距离为s=50m,为确保人的安全,假如你是设计师,你认为在设计斜坡滑道时,对高度h应有怎样的要求?

分析 (1)对人和滑板受力分析,受到重力、支持力和摩擦力的作用,沿着斜面方向的合力产生加速度,由牛顿第二定律可以求得加速度的大小;
(2)人在斜面上做加速运动,到达水平面上之后做匀减速运动,由牛顿第二定律可以求得人水平面上滑行的加速度大小,再由匀变速直线运动的速度公式可以求得时间之比.
(3)两个过程位移之和等于s=50m,根据位移公式求出高度.

解答 解:(1)对人和滑板受力分析,由牛顿第二定律可得,
人在斜坡上下滑的加速度为:a1=$\frac{mgsinθ-μmgcosθ}{m}$=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.6-0.5×0.8)m/s2=2m/s2 ,
(2)在地面滑动时加速度大小为:a2=$\frac{μmg}{m}$=μg=0.5×10m/s2=5m/s2
设人滑到B点时的速度为v1,则有
v1=a1t1,0=v1-a2t2,
解得$\frac{{t}_{1}}{{t}_{2}}=\frac{{a}_{2}}{{a}_{1}}=\frac{5}{2}$.
(3)设高为h,则斜面长s=$\frac{h}{sinθ}=\frac{5}{3}h$,水平面BC长L=s-hcotθ=50-$\frac{4}{3}h$,
滑到B点时的速度v12=2as=$\frac{20}{3}h$
又有 L=$\frac{{{v}_{1}}^{2}}{2{a}_{2}}$
代入得 50-$\frac{4}{3}h=\frac{20}{3×2×5}h$
解得 h=25m.
答:(1)人在斜坡上下滑的加速度大小是2m/s2 .
(2)人在斜坡上滑行的时间和在直道上滑行时间的比值是5:2.
(3)高度h为25m.

点评 本题是对牛顿第二定律的应用,对物体受力分析可以求得加速度的大小,再利用匀变速直线运动的规律可以求得高度的大小.

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