Question

(15分)在一次国际城市运动会中，要求运动员从高为H的平台上A点，由静止出发，沿着动摩擦因数为μ的滑道向下运动到B点后水平滑出，最后落在水池中，如图所示，设滑道的水平距离为L，B点的高度h可由运动员自由调节(取g＝10m/s²)，求：

⑴运动员到达B点的速度与高度h的关系；

⑵运动员要达到最大水平运动距离，B点的高度h应调为多大？对应的最大水平距离s_max为多少？

⑶若图中H＝4m，L＝5m，动摩擦因数μ＝0.2，则水平运动距离要达到7m，h值应为多少？

Answer

 ⑴vB＝；⑵当h＝时，smax＝H－μL＋L；⑶h1＝2.62m，h2＝0.38m

【解析】

试题分析：⑴设斜面的长度为s，斜面倾角为θ，运动员到达B点的速度为vB，在运动员由A点运动至B点的过程中，运动员受重力mg、斜面的支持力N和滑动摩擦力f＝μmgcosθ作用，支持力N始终不做功，根据动能定理有：mg(H－h)－μmgcosθs＝－0          ①

根据图中几何关系有：L＝scosθ           ②

由①②式联立解得：vB＝         ③

⑵运动员离开B点后做平抛运动，设经时间t落入水池，根据平抛运动规律，在水平方向有：x＝vBt ④

在竖直方向上有：h＝           ⑤

运动员运动的水平距离为：s＝x＋L             ⑥

由③④⑤⑥式联立解得：s＝＋L           ⑦

由于h＋(H－h－μL)＝H－μL(为定值)，所以，当h＝H－h－μL，即h＝时，xmax＝H－μL

即运动员运动的最大水平距离smax＝xmax＋L＝H－μL＋L

⑶根据⑦式，当s＝7m，H＝4m，L＝5m，μ＝0.2时，解得：h1＝m＝2.62m，h2＝m＝0.38m

考点：本题主要考查了平抛运动规律、动能定理的应用，和运用数学知识解决物理问题的能力问题，属于中档偏高题。