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高中 | 运动的合成与分解题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第五章 曲线运动
5.1 曲线运动
运动的合成与分解
滑滑板是一项青少年酷爱的运动,依靠自身的体能,展现快速的运动艺术。如图所示,一少年在一次训练中以速度$v_{0}=3\;\rm m/s$从$P$点沿切线进入曲面轨道,从$O$点离开曲面轨道,离开$O$点时的速度与水平方向夹角为$30^\circ $,再经过$1\;\rm s$落在倾角为$30^\circ $的斜面上$Q$点($Q$点未标出)。已知重力加速度$g$取$10\;\rm m/s^{2}$,$P$点到$O$点的竖直高度$h=0.86\;\rm m$,少年和滑板(可视为质点)总质量$m=50\;\rm kg$,忽略空气阻力。少年在此运动过程中,下列说法错误的是$(\qquad)$
从$O$点到$Q$点的距离为$5\\;\\rm m$
","在曲面轨道上克服摩擦力做的功为$30\\;\\rm J$
","少年落在$Q$点前瞬间重力的功率为$3750\\;\\rm W$
","少年离斜面的最大距离为$1\\;\\rm m$
"]$\rm A$.少年由$O$到$Q$的过程做平抛运动,将此运动沿水平方向与竖直方向分解,如图$1$所示
设$O$点的速度大小为$v$,其水平分速度大小为$v\cos30^\circ $,竖直分速度大小为$v\sin30^\circ $,从$O$到$Q$水平方向做匀速直线运动,可得$x=v\cos30^\circ⋅t$
竖直方向做竖直上抛运动,可得$y=- v\sin30{^\circ} \cdot t+\dfrac{1}{2}gt^{2}$
由几何关系得$\dfrac{y}{x}=\tan30{^\circ}$
又已知$t=1\;\rm s$
联立解得$v=5\;\rm m/s$,$x=\dfrac{5\sqrt{3}}{2}\;\text{m}$,$y=2.5\ \rm m$
由几何关系得$O$点到$Q$点的距离$x_{OQ}=\dfrac{y}{\sin30{^\circ}}=\dfrac{2.5}{\sin30{^\circ}}\text{m}=5\;\rm \text{m}$
故$\rm A$正确,不符合题意;
$\rm B$.设在曲面轨道上克服摩擦力做的功为$W$,对此过程,根据动能定理得$mgh-W=\dfrac{1}{2}mv^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$
解得$W=30\;\rm J$
故$\rm B$正确,不符合题意;
$\rm C$.少年落在$Q$点前瞬间的竖直分速度大小为$v_{y}=- v\sin30{^\circ}+gt=- 5 \times \dfrac{1}{2}\;\text{m}/\text{s}+10 \times 1\;\rm \text{m}/\text{s}=7.5\;\rm \text{m}/\text{s}$
此时重力的功率为$P=mgv_{y}=50\times10\times7.5\;\rm W=3750\;\rm W$
故$\rm C$正确,不符合题意;
$\rm D$.由$O$到$Q$的过程,少年在垂直于斜面的方向上速度减到零时,其离斜面的距离最远,将$O$到$Q$的运动沿垂直于斜面与平行于斜面分解,如图$2$所示
$O$点的速度$v$和重力加速度$g$垂直于斜面的分量分别为$v\cos30^\circ $、$g\cos30^\circ $。
设少年离斜面的最大距离为$y_{m}$,在垂直于斜面的方向上,由运动学公式得$y_{\text{m}}=\dfrac{(v\cos30{^\circ})^{2}}{2g\cos30{^\circ}}$
解得$y_{\text{m}}=\dfrac{5\sqrt{3}}{8}\text{m}$
故$\rm D$错误,符合题意。
本题选错误的,故选:$\rm D$。
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