湖南省电视台“智勇大冲关”游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论.如图

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  • 解题思路:(1)在摆动过程中,机械能是守恒的,应用机械能守恒定律求出运动到最低点时的速度.再用牛顿运动定律结合圆周运动的向心力求出绳子对选手的拉力,最后用牛顿第三定律求出选手对绳子的拉力.(2)选手摆到右边最高点时松手,做自由落体运动,对整个过程,运用动能定理列式求解d.(3)选手在最低点松手后做平抛运动,由平抛运动知识可以求出水平距离.

    (1)选手摆到最低点的过程中,机械能守恒,由机械能守恒定律得:

    mgl(1-cosα)=[1/2]mv2

    解得:v=

    2gl(1−cosα)=

    2×10×2×(1−cos53°)=4m/s;

    在最低点,由牛顿第二定律得:F-mg=m

    v2

    l,

    代入数据解得:F=1080N

    由牛顿第三定律可知,人对绳子的拉力:F′=F=1080N;

    (2)选手摆到右边最高点时松手,选手将做自由落体运动,对整个过程,由动能定理得:

    mg(H-lcosα)-Fd=0

    解得:d=

    mg(H−cosα)

    F=

    600×(3−2×cos53°)

    700m=1.02m

    (3)选手从最低点松手后开始做平抛运动

    在水平方向:x=vt,

    竖直方向:H-l=[1/2]gt2

    由第1题有:v=

    2gl(1−cosα)

    联立得:x=2

    l(H−l)(1−cos53°)

    根据数学知识可知当l=H-l时,x有最大值,则此时l=

    1

    2H=1.5m

    答:(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小是1080N.

    (2)选手摆到右边最高点时松手,选手将做自由落体运动,选手落入水中的深度d是1.02m;

    (3)若要求选手摆到最低点时松手,且运动到浮台处离岸水平距离最大,则选手应将手握住绳子上离O点1.5m处.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;向心力.

    考点点评: 本题考查到了机械能守恒,圆周运动向心力,平抛运动规律;解答第一问时,一定注意要求的是选手对绳子的拉力.解题过程中是对选手进行受力分析的,故不要忘记应用牛顿第三定律.对于极值问题,要根据数学知识求解.

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