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滑板运动是一项陆地上的“冲浪运动”,滑板运动员可在不同的滑坡上滑行,做出各种动作...

滑板运动是一项陆地上的“冲浪运动”,滑板运动员可在不同的滑坡上滑行,做出各种动作给人以美的享受.如图甲所示,abcdef为同一竖直平面上依次平滑连接的滑行轨道,其中ab段水平,H=3m,bc段和cd段均为斜直轨道,倾角θ=37°,de段是一半径R=2.5m的四分之一圆弧轨道,O点为圆心,其正上方的d点为圆弧的最高点,滑板及运动员总质量m=60kg,运动员滑经d点时轨道对滑板支持力用Nd表示,忽略摩擦阻力和空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.除下述问(2)中运动员做缓冲动作以外,均可把滑板及运动员视为质点.
(1)运动员从bc段紧靠b处无初速滑下,求Nd的大小;
(2)运动员改为从b点以υ=4m/s的速度水平滑出,落在bc上时通过短暂的缓冲动作使他只保留沿斜面方向的速度继续滑行,则他是否会从d点滑离轨道?请通过计算得出结论.

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运动员离开b点做平抛运动,落在斜面上时,竖直方向上的位移和水平方向上的位移的比值等于tanθ,根据这一关系求出运动的时间,从而求出落在斜面上时在竖直方向上的分速度.落在bc上时通过短暂的缓冲动作使他只保留沿斜面方向的速度继续滑行,对落地点的速度沿垂直斜面方向和沿斜面方向正交分解,求出沿斜面方向的分速度,即为沿斜面滑行的速度,然后根据动能定理求出d点的速度,与d点的临界速度进行比较,判断是否会从d点滑离轨道. 【解析】 (1)开始滑行至d点,由机械能守恒定律得: mg(H-R)=① mg-N=② 由①②解得:N=360N (2)当以v=4m/s从b点水平滑出时,运动员做平抛运动落在Q点,如图所示.设bQ=s1 ④ ⑤ 由④⑤得⑥ vy=gt=6m/s⑦ 在Q点缓冲后 ⑧ ⑨ 运动员恰好从d点滑离轨道应满足⑩ 由⑨⑩代入数据解得即 可见滑板运动员不会从圆弧最高点d滑离轨道.         答:(1)运动员从bc段紧靠b处无初速滑下,Nd的大小为360N; (2)滑板运动员不会从圆弧最高点d滑离轨道.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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