高中 | 斜面问题 题目答案及解析

稿件来源:高途

高中 | 斜面问题题目答案及解析如下,仅供参考!

必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

斜面问题

为了研究滑板运动中的滑道设计,如图所示,将滑道的竖直截面简化为直轨道$BC$与圆弧轨道$CDE$,半径$OC$$BC$垂直,$AB$两点的高度差$h=1.8\;\rm m$$BC$两点的高度差$H=9\;\rm m$$BC$段动摩擦因数$\mu =0.25$$CDE$段摩擦不计,圆弧半径$R=5\;\rm m$,运动过程空气阻力不计,$BC$与水平方向的夹角$\theta=37^\circ$。将运动员及滑板简化为一质量$m=60\;\rm kg$的质点,经过前一滑道的滑行,到达图示的$A$点时速度恰好水平向右,到达$B$点时速度恰好与斜面平行进入斜面,经过$CDE$后竖直上抛再从$E$点落回滑道,取$g=10\;\rm m/s^{2}$。求:

运动员到达$B$点时的速度大小;

[["

运动员到达$B$点时的速度大小为$10\\;\\rm m/s$

"]]

分解运动员到达$B$点的速度,有:$v_{B}= \dfrac{v_{By}}{\sin 37{^\circ}}$

竖直方向根据速度$—$位移公式有:$v_{By} = \sqrt{2gh}$

联立代入数据解得:$v_{B}=10\;\rm m/s$

第一次到达$D$点时滑板对$D$点的压力;

[["

第一次到达$D$点时滑板对$D$点的压力为$3480\\;\\rm N$,方向竖直向下

"]]

运动员从$B$运动到$D$,由动能定理有:$mgH - \mu mg\dfrac{H}{\sin\theta}\cos\theta + mgR(1 - \cos\theta) = \dfrac{1}{2}mv_{D}^{2} - \dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}$

运动员在$D$点,受力分析根据牛顿第二定律可得$F_{N} - mg = \dfrac{mv_{D}^{2}}{R}$

联立代入数据解得:$F_{N}=3480\;\rm N$

根据牛顿第三定律可知$F_{压}=F_{N}=3480\;\rm N$,方向竖直向下

运动员有几次向上冲出$E$点的机会。

[["

运动员有$2$次向上冲出$E$点的机会

"]]

要冲出$E$点,在$C$点的速度$v_{c}$必须满足:$\dfrac{1}{2}mv_{C\min}^{2} = mgR\cos\theta$

解得:$v_{C\min}^{2} = 80\;\rm m^{2}/s^{2}$

由牛顿第二定律有:$mg\sin\theta-\mu mg\cos\theta=ma_{1}$

代入数据解得:$a_{1} = 4\;\rm m/s^{2}$

根据运动学公式:$v_{C1}^{2} − v_{B}^{2}=2a_{1}\dfrac{H}{\sin\theta}$

代入数据解得:$v_{C1}^{2} = 220\;\rm m^{2}/s^{2}$

$v_{C1}^{2}\gt v_{C\min}^{2}$第一次能冲出$E$

返回时,由牛顿第二定律有:$mg\sin\theta+\mu mg\cos\theta=ma_{2}a_{2} = 8\;\rm m/s^{2}$

$x = \dfrac{v_{c1}^{2}}{2a_{2}}$

代入数据解得:$x=13.75\text m\lt 15\;\rm m$

再次返回$C$点的速度:$v_{c2}^{2} = 2a_{1}x$

代入数据解得:$v_{C2}^{2}=110\;\rm m^{2}/s^{2}$

$v_{c2}^{2}\gt v_{C\min}^{2}$,第二次能冲出$E$点,再次返回$v_{c3}^{2} = \dfrac{a_{1}}{a_{2}}v_{c2}^{2}$

代入数据解得:$v_{C3}^{2} = 55\;\rm{m^{2}/s^{2}}\lt v_{C\min}^{2}$

第三次不能冲上$E$点,综上所述总共能有$2$次冲上$E$点的机会

高中 | 斜面问题题目答案及解析(完整版)

去刷题
相关题库:
如图所示,质量为的物体在沿斜面的恒力作用下从底端沿斜面向上匀速运动到顶端,斜面高,倾斜角为。现撤去力,将物体放在斜面顶端,发现物体在轻微扰动后可匀速下滑,重力加速度大小为。则在物体上升过程中,恒力做的功为 如图甲所示,倾角为的光滑斜面固定在水平地面上,细线一端与可看成质点的质量为的小球相连,另一端穿入小孔与力传感器(位于斜面体内部)连接,传感器可实时记录细线拉力大小及扫过的角度。初始时,细线水平,小球位于小孔的右侧,现敲击小球,使小球获得一平行于斜面向上的初速度,测得细线拉力的大小随细线扫过角度的变化图像如图乙所示,图中已知,小球到点距离为,重力加速度为,则下列说法正确的是 如图所示,将质量为的小球从倾角的光滑斜面上点以速度水平抛出(即),小球运动到点,已知间的高度,重力加速度取,则小球从点运动到点所用的时间和到达点时的速度大小分别为 如图()所示为一款滑杆运输装置自动回拉系统,滑杆与水平面的夹角为,滑杆上套着一质量的小球(可视为质点)。某次测试中,该系统向小球提供沿滑杆方向的外力,小球从点静止出发,规定沿滑杆向上为的正方向,随小球与点间距离的变化关系如图()所示,小球所受摩擦力可忽略不计,取,则小球 如图,静止在光滑水平面上的斜面体,质量为,倾角为。其斜面上有一静止的滑块,质量为,两者之间的动摩擦因数为,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,重力加速度为,现给斜面体施加水平向右的力使斜面体加速运动,下列说法正确的是 如图所示,在倾角为的斜面体顶端用轻质细绳平行斜面系一质量为的光滑小球,现对斜面体施加一个力,在水平拉力的作用下,斜面体从静止开始向左加速运动。加速过程中,下列说法正确的是
今日推荐