Question

18．某電視臺“快樂向前沖”節目的場地設施如圖所示，AB為水平直軌道，上面安裝有電動懸掛器，可以載人運動，水面上漂浮著一個半徑為R、角速度為ω、鋪有海綿墊的轉盤，轉盤的軸心離平臺的水平距離為L，平臺邊緣與轉盤平面的高度差為H．選手抓住懸掛器可以在電動機的帶動下，從A點下方的平臺邊緣處沿水平方向做初速度為零、加速度為a的勻加速直線運動．選手必須作好判斷，在合適的位置釋放，才能順利落在轉盤上．設人的質量為m（不計身高），人與轉盤間的最大靜摩擦力為μmg，重力加速度為g．
（1）假設選手落到轉盤上瞬間相對轉盤速度立即變為零，為保證他落在任何位置都不會被甩下轉盤，轉盤的角速度ω應限制在什么范圍？
（2）若已知H=5m，L=8m，a=2m/s²，g=10m/s²，且選手從某處C點釋放能恰好落到轉盤的圓心上，則他是從平臺出發后多長時間釋放懸掛器的？

Answer 1

分析 （1）根據靜摩擦力提供向心力，結合牛頓第二定律求出轉盤角速度的范圍．
（2）抓住平拋運動的水平位移和勻加速直線運動的位移等于L，結合位移公式和速度公式求出勻加速運動的時間；根據平拋運動的分位移公式列式求解平拋運動的時間；得到總時間．

解答 解：（1）設人落在距圓心R處不至被甩下，最大靜摩擦力提供向心力，則有：μmg≥mω²•R
即轉盤轉動的角速度滿足：ω≤$\sqrt{\frac{μg}{R}}$
（2）沿水平加速段位移為x₁，時間為t₁；平拋運動的水平位移為x₂，時間為t₂．則加速時有：x₁=$\frac{1}{2}$at²
v=at₁
平拋運動階段：
x₂=vt₂
H=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$
全程水平方向：
x₁+x₂=L
代入數據，聯立各式解得：
t₁=2s
平拋運動的時間t₂=$\sqrt{\frac{2H}{g}}$=1s
故他是從平臺出發后經過2s時間釋放懸掛器的．
答：
（1）轉盤的角速度滿足：ω≤$\sqrt{\frac{μg}{R}}$
（2）他是從平臺出發后經過2s時間釋放懸掛器的．

點評 解決本題的關鍵理清選手的運動過程，結合牛頓第二定律、平拋運動的分位移公式、運動學公式靈活求解．