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(2011?重庆模拟)如图所示,是某跳台滑雪的雪道示意简化图,高台滑雪运动员经过一段竖直平面内的圆弧后,从圆弧所在圆的最低点O水平飞出,圆弧半径R=10m.一滑雪运动员连同滑雪板的总质量为50kg,从圆弧轨道上距O点竖直高度为
3R5
处静止下滑,经过圆弧上的O点时受到的支持力为1000N,飞出后经时间t=2s着陆在雪道上的A点.忽略空气阻力,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)运动员离开O点时速度的大小;
(2)圆弧轨道的摩擦力对运动员所做的功;
(3)运动员落到雪道上A点时速度的大小及在飞行过程中动量的变化.
分析:(1)已知物体在O点的受力情况和运动情况,则由牛顿第二定律充当向心力可求得O点的速度;
(2)对运动员开始下落到滑到O点的过程中,由动能定理可求得摩擦力所做的功;
(3)由平抛运动的规律可求得下落时间;对OA过程由机械能守恒定律可未得A点时的速度,则由动量定理可求得动量的变化.
解答:解:(1)设运动员离开O点时速度为v0,对运动员离开轨道O点时受力分析有:T-mg=m
v
2
0
R

得:v0=
R(T-mg)
m

代入数据解得:v0=10m/s;
(2)运动员从静止下滑至O点的过程中,由动能定理有:mgh+Wf=
1
2
m
v
2
0

得:Wf=
1
2
m
v
2
0
-mg
3
5
R

代入数据解得:Wf=-500J;
(3)设运动员落到A点时速度为v,运动员离开O点至落到雪道A点过程竖直下落高度H
则    H=
1
2
gt2
;
O点至A点过程机械能守恒  
1
2
m
v
2
0
+mgH=
1
2
mv2
;
代入数据联立解得落到雪道上A点时速度的大小v=10
5
m/s
;
过程动量变化大小△P=mgt=1000N?m/s;
动量变化方向竖直向下.
点评:高考中对于力学基本规律考查的题目一般都设置了多个过程,要灵活选择物理过程利用所学的物理规律求解.
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1
6
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