题目内容

14.如图所示是某公园设计的一种娱乐设施示意图,它们由主轨道AB组成,其中AB是半径R=5m的光滑圆弧轨道的一部分,轨道B点的切线与地面平行,整个轨道处于竖直平面内.C点的右边为水泥地面,C点的左边为水面,C点为水池的边界.现有一质量m=25kg的小孩从AB轨道上的某点P由静止开始沿轨道下滑,为安全起见,要示小孩在下滑过程中不能落到水泥地面上.已知B 点离地面的高度h=1.8m,B、C两点的水平距离s=2.4m.重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小孩刚运动到B点时,他对轨道的最小压力为多大?
(2)小孩刚入水的动能至少为多大?

分析 (1)根据B点的最小速度,通过牛顿第二定律求出最小压力.
(2)当小孩恰好从C处入水,则动能最小,根据水平位移求出B点的初速度,结合平行四边形定则求出竖直入水的速度,从而得出最小动能.

解答 解:(1)从B到C,竖直方向自由落体,设用时为t,
则:h=$\frac{1}{2}$gt2,代入数据解得:t=0.6s
水平方向过B点的最小速度:vB=$\frac{s}{t}=\frac{2.4}{0.6}$=4m/s
对B点牛顿第二定律,则小孩刚运动到B点时,他对轨道的最小压力满足:FN-mg=$\frac{m{{v}_{B}}^{2}}{R}$
代入数据解得:FN=330N
(2)对B到C动能定理,小孩刚入水的最小动能:Ek=$\frac{m{{v}_{B}}^{2}}{2}$+mgh
代入数据解得:Ek=650J
答:(1)小孩刚运动到B点时,他对轨道的最小压力为330N.
(2)小孩刚入水的动能至少为650J.

点评 本题考查了牛顿第二定律和动能定理的综合,知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律和圆周运动向心力的来源是解决本题的关键.

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