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.
网友回答
解:(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:
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=
tan37°=
t′=3s
(2)落地时:
水平速度的平行斜面的分速度为:
水平速度的垂直斜面的分速度为:
竖直速度的平行斜面的分速度为:
竖直速度的垂直斜面的分速度为:
垂直斜面方向的和速度v=24-12=12m/s,在撞击时损失了
(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:
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.
解析分析:(1)先根据平抛运动的规律判断运动员冲出跳台后能否落在斜面上,若落在斜面上,根据竖直位移和水平位移的关系求出平抛运动的时间,从而求出水平位移和竖直位移的大小,得出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,将落在斜面上的速度沿斜面方向和垂直斜面方向分解,得出沿斜面方向的速度大小,从而得出损失的机械能.
(3)对全过程运用能量守恒,求出运动员停止运动时离b点的距离.
点评:本题综合考查了平抛运动、匀变速直线运动,难度中等,关键理清运动过程,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.