Question

如圖所示，為供兒童娛樂的滑梯的示意圖，其中AB為斜面滑槽，與水平方向的夾角為θ=37°；長L的BC水平滑槽，與半徑R=0．2m的圓弧CD相切；ED為地面．已知兒童在滑槽上滑動時的動摩擦因數μ=0．5，在B點由斜面轉到水平面的運動速率不變，A點離地面的豎直高度AE為H=2 m．

（取g=10 m/s²,sin37⁰=0．6, cos37⁰=0．8）試求：

（1）兒童在斜面滑槽上滑下時的加速度大��？

（要求作出兒童在斜面上運動時的受力分析圖）

（2）兒童從A處由靜止開始滑到B處時的速度大��？（結果可用根號表示）

（3）為了使兒童在娛樂時不會從C處平拋滑出，水平滑槽BC的長度L至少為多少？

 

Answer 1

【答案】

（1）設兒童下滑的加速度大小為a，則有   受力分析圖………………1分

    mgsin37°-μmgcos37°=ma₁       ①………………2分

    解得：a₁=2 m/s²．            　  ②………………1分

（2）因為H=2 m，圓弧CD的半徑R=0．8 m，

    所以AB的長度         ③………………2分

    設兒童滑到B點的速率為v_B，則：v_B²=2aL₁， ④………………2分

    （或依動能定理: ）

    由②③④解得：            ⑤………………2分

    （3）設兒童在C點恰做平拋運動滑出時的速率為v_C，則：   ⑥……1分

    f=umg=ma₂           ⑦………………1分

    -2a₂L≤v_C²-v_B ²     ⑧………………1分

    （或用動能定理：……2分）

    由⑦⑧解得：L≥1 m．……1分

【解析】略