Question

如圖所示為某娛樂場的滑道示意圖，其中AB為曲面滑道，BC為水平滑道，水平滑道BC與半徑為1.6m的圓弧滑道CD相切，DE為放在水平地面上的海綿墊．某人從坡頂滑下，經過高度差為20m的A點和B點時的速度分別為2m/s和12m/s，在C點做平拋運動，最后落在海綿墊上E點．人的質量為70kg，在BC段的動摩擦因數為0.2．
問：
（1）從A到B的過程中，人克服阻力做的功是多少？
（2）為保證在C點做平拋運動，BC的最大值是多少？
（3）若BC取最大值，則DE的長是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）對A到B的過程運用動能定理，根據動能定理求出人克服阻力做的功．
（2）當人在C點對軌道的壓力為零時，做平拋運動，根據在C點重力提供向心力，求出最小的速度，根據牛頓第二定律求出在BC段的加速度，再通過勻變速直線運動的速度位移公式求出BC的最大值．
（3）根據平拋運動的高度求出平拋運動的時間，再根據水平速度和時間求出水平位移，DE的長度等于水平位移減去圓弧軌道的半徑．
解答：解：（1）由動能定理：
得：W_f=9100J
（2）BC段加速度為：a=μg=2m/s²
設在C點的最小速度為v_m，
由，

BC的最大值為：，BC的長度范圍是0～32m
（3）平拋運動的時間：
BC取最大長度，對應平拋運動的初速度為v_m=4m/s
平拋運動的水平位移：S_平=v_mt=2.26m，
DE的長：S_DE=S_平-r=2.26m-1.6m=0.66m
答：（1）從A到B的過程中，人克服阻力做的功是9100J．
（2）為保證在C點做平拋運動，BC的最大值是32m．
（3）若BC取最大值，則DE的長是0.66m．
點評：本題是多過程問題，關鍵是理清運動過程，選擇合適的規律，比如牛頓運動定律、動能定理進行求解．