如图所示,某滑板爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面的B点,其水平位移s1=3m,着地时由于存在能量损失,着地后速度变为v=4m/s,并以此为初速沿水平地面滑行s2=8m后停止,已知人与滑板的总质量m=60kg.求:(空气阻力忽略不计,g=10m/s2)(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小;(2)人与滑板离开平台时的水平初速度;(3)着地过程损失的机械能.

问题描述:

如图所示,某滑板爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面的B点,其水平位移s1=3m,着地时由于存在能量损失,着地后速度变为v=4m/s,并以此为初速沿水平地面滑行s2=8m后停止,已知人与滑板的总质量m=60kg.求:(空气阻力忽略不计,g=10m/s2
(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小;
(2)人与滑板离开平台时的水平初速度;
(3)着地过程损失的机械能.

(1)设人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力的大小为f,根据动能定理有:fs2=0−

1
2
mv2
得:f=
mv2
2s2
=
60×42
2×8
N=60N
(2)人与滑板离开平台后做平抛运动,设初速度的大小为v0,飞行时间为t,根据平抛运动的规律有:
x=v0t
h=
1
2
gt2

得:v0=s1
g
2h
=
10
2×1.8
m/s
=5m/s
(3)人在落地的过程中损失的机械能等于落地前后的动能的差,也等于落地前后人的机械能的差,即△E=(
1
2
mv2+0)−(
1
2
m
v
2
0
+mgh)=−1350J

故:E=|△E|=1350J
答:(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小是60N;(2)人与滑板离开平台时的水平初速度是5m/s;(3)着地过程损失的机械能是1350J.
答案解析:(1)人与滑板在水平地面滑行时受到阻力最后停下来,阻力当成恒力处理,由动能定理求出阻力f;
(2)利用平抛运动的规律,在水平和竖直两个方向上独立讨论运动规律,时间由竖直方向的高度决定,水平方向匀速运动,利用S=Vt求出速度.
(3)人在落地的过程中损失的机械能等于落地前后人的机械能的差.列出公式即可求解.
考试点:动能定理的应用;平抛运动.
知识点:本题要分段讨论:水平面上的匀减速运动可以利用动能定理求阻力,也可以用牛顿第二定律求阻力;
平抛段利用运动的合成和分解求解.