稿件来源:高途
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必修2
第五章 曲线运动
5.1 曲线运动
运动的合成与分解
某电视台综艺节目中的场地设施如图所示,$AB$为水平直轨道,上面安装有电动悬挂器,可以载人运动,水面上漂浮着一个半径为$R$,角速度为$\omega$,铺有海绵垫的转盘,转盘的轴心离平台的水平距离为$L$,悬挂器下端与转盘平面的高度差为$H$。选手抓住悬挂器,可以在电动机带动下,从$A$点下方的平台边缘处沿水平方向做初速度为零,加速度为$a$的匀加速直线运动。选手必须作好判断,在合适的位置脱离悬挂器,才能顺利落在转盘上。设人的质量为$m$(不计身高大小),人与转盘间的最大静摩擦力为$\mu mg$,重力加速度为$g$。求:
若已知$H=5\;\rm m$,$L=8\;\rm m$,$a=2\;\rm m/s^{2}$,$g=10\;\rm m/s^{2}$,且选手从某处$C$点脱离悬挂器能恰好落到转盘的圆心上,则选手从平台出发多长时间脱离悬挂器?
$2\\;\\rm s$;
"]]设水平加速段位移为$x_{1}$,时间为$t_{1}$;平抛时水平位移为$x_{2}$,时间为$t_{2}$,则加速时有$x_{1}=\dfrac{1}{2}at_{1}^{2}$,$v=at_{1}$
平抛运动阶段有$x_{2}=vt_{2}$,$H=\dfrac{1}{2}gt_{2}^{2}$
全程水平方向有$x_{1}+x_{2}=L$
解得$t_{1}=2\;\rm s$;
若$\mu =0.2$,$R=2\;\rm m$,假设选手恰好落到转盘边缘且相对转盘速度立即变为零,为保证选手不会被甩下转盘,则转盘的角速度$\omega$应限制在什么范围?
$\\omega \\leqslant 1\\;\\rm rad/s$。
"]]设人落在转盘边缘也不至被甩下,最大静摩擦力提供向心力,则有$\mu mg\geqslant m\omega^{2}R$
即转盘转动角速度应满足$\omega \leqslant \sqrt{\dfrac{\mu g}{R}}=1\;\rm {rad/s}$。
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