問題詳情:
某滑板愛好者在離地h高的平臺上滑行,水平離開A點時的速度爲v1,落在水平地面B點,着地時由於存在機械能損失,着地後速度變爲v2,經過粗糙的水平地面BC段後,從C點進入與BC段相切的光滑圓形軌道內側,已知人與滑板的總質量爲m,BC段地面的阻力恆爲f,圓形軌道半徑爲R,重力加速度爲g(空氣阻力忽略不計)
(1)求人與滑板在B點落地時損失的機械能.
(2)若要人與滑板進入圓形軌道後能沿軌道做完整的圓周運動,求水平地面BC段長度s2應滿足的條件
【回答】
考點:
動能定理的應用;牛頓第二定律;向心力;功能關係.
專題:
動能定理的應用專題.
分析:
確定地面爲零勢能面,找到A、B點的機械能即可判斷損失機械能的大小;假設恰好做完整的圓周運動,對應的可求出S2的最大值.
解答:
解:選擇地面爲零勢能面,由題意知
拋出時A點機械能爲 EA=mgh+mV12
落地後B點機械能爲 EB=mV22
則 在B點損失的機械能爲△E=EA﹣EB=mgh+m(V12﹣V22)
(2)假設進入圓形軌道後恰好能沿軌道做完整的圓周運動,
可知 mg=
則 在圓周運動最高點速度爲 V=
在C到最高點的過程中,選擇C點所在平面爲零勢能面,由機械能守恆得
mg2R+mV2=mVc2
Vc=
在B、C段由動能定理得
﹣fS2=mVc2﹣mVB2
S2的最大值爲 S2==
答:(1)人與滑板在B點落地時損失的機械能爲△E=mgh+m(V12﹣V22)
(2)水平地面BC段長度應滿足的條件爲 S2≤
點評:
能量守恆的應用和臨界條件的判定是本題的關鍵點,在B到圓周運動最高點的過程中,運用動能定理可分段研究也可全過程分析.
知識點:動能和動能定律
題型:計算題