一位质量m=50kg的滑雪运动员从高度h=30m的斜坡*滑下(初速度为零).斜坡的倾角θ=37°,滑雪板与雪面动摩擦因素µ=0.1.则运动员滑至坡底的过程中有:(1)所受几个力所做的功各是多少?(2)合力做了多少功?(3)到达坡底时摩擦力的功率是多少?

问题描述:

一位质量m=50kg的滑雪运动员从高度h=30m的斜坡*滑下(初速度为零).斜坡的倾角θ=37°,滑雪板与雪面动摩擦因素µ=0.1.则运动员滑至坡底的过程中有:

(1)所受几个力所做的功各是多少?
(2)合力做了多少功?
(3)到达坡底时摩擦力的功率是多少?

(1)重力做的功为:WG=mgh=50×10×30J=1.5×104J
因支持力与速度始终垂直,所以支持力做功为:WN=0
摩擦力做功为:Wf=-fl=-μmgcos37°×(

h
sin37°
)=-2×103J
(2)合力做的功为:W=WG+Wf+WN=1.5×104-2×103=1.3×104 J
(3)根据动能定理,有:
W=
1
2
mv2−0

解得:v=
2W
m
2×1.3×104
50
520
≈22.8m/s

到达坡底时摩擦力的功率:
P=fv=μmgcos37°•v=0.1×50×10×0.8×22.8=912W
答:(1)重力做功1.5×104J;支持力做功为零;摩擦力做功=-2×103J;
(2)合力做功为1.3×104 J;
(3)到达坡底时克服摩擦力做功的功率是912W.
答案解析:(1)对物体受力分析,明确各力的大小,再由功的公式求出各个力所做的功;
(2)由合力做功的计算方法求出合力的功;
(3)先对加速过程运用动能定理列式求解末速度,然后根据P=Fvcosα求解功率.
考试点:功的计算;功率、平均功率和瞬时功率.
知识点:本题前两问考查功的计算,明确总功等于各力做功的代数和;第三问关键先根据动能定理求解末速度,然后根据公式P=Fvcosα求解瞬时功率.