解题思路:(1)物体恰能到达D点,对CD段运用机械能守恒定律求出C点的速度,结合牛顿第二定律求出运动员在C点受到的支持力大小;(2)根据动能定理求出在BC段克服摩擦力做功的大小,通过D到A运动过程中能量转化判断能否返回到A点;(3)运动员第一次过D点后有1.2s的空中时间,知从D上升到最大高度的时间为0.6s,结合多上升的高度求出多增加的重力势能,从而得出蹬地增加的动能.
(1)设第一次经过圆弧最低点C时速度大小为v,根据机械能守恒定律有:[1/2mv2=mgR…①
设设第一次经过圆弧最低点C时受到的支持力大小为F,则:F−mg=m
v2
R]…②
联立①②两式得:F=1500N
(2)设从A到D过程中BC段摩擦力做功为W,由动能定理得:mg(h−R)+W=0−
1
2m
v20
代入数据解得:W=-125J
设运动员在D点相对A点具有重力势能为EP,则有:Ep=mg(R-h)=50×10×(3-2)=500J
EP>|W|
能从D点返回到A点.
(3)由题知,运动员从D点上升到最高点所经历的时间t=0.6s.设t时间内上升的高度为H,则H=
1
2gt2
根据功能关系,蹬地增加的动能转化为上升H高度增加的重力势能,即:EK=mgH
代入数据解得:Ek=900J.
答:(1)运动员第一次经过圆弧最低点C时受到的支持力大小为1500N;
(2)能从D点返回到A点.
(3)其在BC段需通过蹬地增加900J的动能.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律;向心力;机械能守恒定律.
考点点评: 本题考查了定能定理、牛顿第二定律、能量守恒的综合运用,关键理清运动过程,选择合适的规律进行求解.