问题 问答题

如图所示,质量为m=60kg的滑雪运动员由a点以初速度v0=20m/s沿水平方向冲出跳台,雪坡ab长为L=80m,与水平地面夹角为θ=37°.由于缓冲作用,运动员落到斜面或水平地面后,垂直于接触面的速度突变为零而平行于接触面的速度保持不变,滑板与雪面间的动摩擦因数为μ=0.1,不计空气阻力和通过衔接处b的能量损失(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).求:

(1)运动员冲出跳台后与雪面的撞击点离a点的距离;

(2)运动员冲出跳台后在与雪面撞击时损失的机械能;

(3)运动员停止运动时离b点的距离.

答案

(1)先判断运动员下落点是否在斜面上.

斜面的高度为:h=Lsin37°=48m斜面的水平长度:s=Lcos37°=64m

设运动员恰好落在b点,则下落时间为:t=

2h
g
=
2×48
10
=3.098s

下落的水平位移:x=v0t=20×3.098=61.97m<64m,

故运动员落在斜面上.     

x=v0t′y=

1
2
gt2

tan37°=

y
x
=
1
2
gt′2
v0t′
=
3
4

t′=3s

L=

x2+y2
=75m

(2)落地时:

水平速度的平行斜面的分速度为:v01=v0cos37o=16m/s

水平速度的垂直斜面的分速度为:v02=v0sin37o=12m/s

竖直速度的平行斜面的分速度为:vy1=vysin37o=gtsin37o=18m/s

竖直速度的垂直斜面的分速度为:vy2=vycos37o=gtcos37o=24m/s

垂直斜面方向的和速度v=24-12=12m/s,在撞击时损失了△E=

1
2
mv2=
1
2
×60×122=4320J

(3)设运动员在水平面上滑行的距离为d,则根据能量关系有:

1
2
m
v20
+mgh-△E-μmgcos37o(L-L)-μmgd=0

带入相关数据解得:d=604m.

答:(1)运动员冲出跳台后与雪面的撞击点离a点的距离为75m.

(2)运动员冲出跳台后在与雪面撞击时损失的机械能为4320J.

(3)运动员停止运动时离b点的距离为604m.

选择题
单项选择题