Question

在2010年溫哥華冬奧會(huì)單板滑雪女子U型池決賽中，我國(guó)小將劉佳宇名列第四名。雖然無(wú)緣獎(jiǎng)牌，但劉佳宇已經(jīng)創(chuàng)造中國(guó)單板滑雪在冬奧會(huì)上的最好成績(jī)。單板滑雪U型池的比賽場(chǎng)地截面示意圖如圖11所示，場(chǎng)地由兩個(gè)完全相同的1/4圓弧滑道AB、CD和水平滑道BC構(gòu)成，圓弧滑道的半徑R=3.5m，B、C分別為圓弧滑道的最低點(diǎn)，B、C間的距離s=8.0m，運(yùn)動(dòng)員在水平滑道以一定的速度沖向圓弧滑道CD，到達(dá)圓弧滑道的最高位置D后豎直向上騰空躍起，在空中做出翻身、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，然后再落回Ｄ點(diǎn)。裁判員根據(jù)運(yùn)動(dòng)員騰空的高度、完成動(dòng)作的難度和效果等因素評(píng)分，并要求運(yùn)動(dòng)員在滑動(dòng)的整個(gè)過程中，身體的任何部位均不能觸及滑道。假設(shè)某次比賽中運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過水平滑道B點(diǎn)時(shí)水平向右的速度v₀=16.2m/s，運(yùn)動(dòng)員從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間t＝0.5s，從D點(diǎn)躍起時(shí)的速度v_D=8.0m/s。設(shè)運(yùn)動(dòng)員連同滑板的質(zhì)量m=50kg，忽略空氣阻力的影響，重力加速度g取10m/s²。求：

（1）運(yùn)動(dòng)員從D點(diǎn)躍起后在空中完成動(dòng)作的時(shí)間；

（2）運(yùn)動(dòng)員從C點(diǎn)到D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中需要克服摩擦阻力所做的功；

（3）為使運(yùn)動(dòng)不斷持續(xù)，運(yùn)動(dòng)員從D點(diǎn)滑回到A點(diǎn)時(shí)的速度應(yīng)不小于D點(diǎn)的速度。那么運(yùn)動(dòng)員在水平滑道BC段滑動(dòng)的過程中是否可能增加其動(dòng)能呢？試進(jìn)行判斷，并說(shuō)明理由。

Answer 1

解：（1）運(yùn)動(dòng)員從D點(diǎn)躍起后在空中做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)員上升的時(shí)間為t₁，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式                             v_D=gt₁

運(yùn)動(dòng)員在空中完成動(dòng)作的時(shí)間    =1.6s                   （5分）

（2）運(yùn)動(dòng)員從B點(diǎn)到C點(diǎn)，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程的平均速度

解得運(yùn)動(dòng)員到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度    =15.8m/s                 （3分）

運(yùn)動(dòng)員從C點(diǎn)到D點(diǎn)的過程中，克服摩擦力和重力做功，根據(jù)動(dòng)能定理

                                         （3分）

得運(yùn)動(dòng)員克服摩擦力做功

代入數(shù)值解得                W_f=2891J                                   （3分）

（3）不可能。在水平滑道運(yùn)動(dòng)的過程中，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員在水平方向只受到摩擦力的作用，而摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，只可能對(duì)運(yùn)動(dòng)員做負(fù)功，根據(jù)動(dòng)能定理，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能只可能減小，而不可能增加。                                               （4分）

用其他方法計(jì)算正確的同樣給分。