Question

【題目】某滑雪場有一游戲闖關類項目叫雪滑梯，其結構可以簡化為如圖所示的模型．雪滑梯斜面部分AB長l＝18 m，斜面與水平方向夾角θ＝37°，水平部分BC長x0＝20 m，CD為一海綿坑，斜面部分與水平部分平滑連接．質量為m的運動員(可視為質點)乘坐一質量為M的滑雪板從斜面頂端A處由靜止滑下，在水平雪道上某處運動員離開滑雪板滑向海綿坑，運動員不掉進海綿坑算過關．已知滑雪板與雪道間的動摩擦因數μ1＝0.25，運動員與雪道間的動摩擦因數μ2＝0.75，假設運動員離開滑雪板的時間不計，運動員離開滑雪板落到雪道上時的水平速度不變，運動員離開滑雪板后不與滑雪板發生相互作用．已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2，求：

(1)運動員滑到斜面底端B處時的速度大小v0；

(2)運動員在水平雪道上距B處多遠的區域內離開滑雪板才能闖關成功．

Answer 1

【答案】(1) 12 m/s (2) x≤15.6 m

【解析】

(1)設運動員乘坐滑雪板沿斜面上滑動時的加速度為a0，滑到底端時的速度大小為v0，有：

(M＋m)gsinθ－μ1(M＋m)gcosθ＝(M＋m)a0

代入數據解得：a0＝4 m/s2

由運動學公式：＝2a0l

代入數據解得：v0＝12 m/s

(2)在水平雪道上運動時，運動員乘坐滑雪板時加速度大小為a1，離開后加速度大小為a2，有：μ1(M＋m)g＝(M＋m)a1

代入數據解得：a1＝2.5 m/s2

μ2mg＝ma2

代入數據解得：a2＝7.5 m/s2

設運動員在距B處x處離開時剛好滑到海綿坑C處停下，翻下時速度為v1，則有：

－＝2a1x

＝2a2(x0－x)

聯立解得：x＝15.6 m