Question

（2011?鄭州一模）在某中學(xué)舉辦的頭腦奧林匹克競(jìng)賽中，有一個(gè)叫做“保護(hù)雞蛋”的競(jìng)賽項(xiàng)目，要求制作一個(gè)裝置，讓雞蛋從兩層樓的高度落到地面且不被摔壞，如果沒(méi)有保護(hù)，雞蛋最多只能從0.1m的高度落到地面而不被摔壞；有一位同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的一個(gè)裝置來(lái)保護(hù)雞蛋，用A、B兩塊較粗糙的夾板夾住雞蛋，A夾板和B夾板與雞蛋之間的摩擦力都為雞蛋重力的5倍，現(xiàn)將該裝置從距地面4m的高處落下，裝置著地時(shí)間短且保持豎直不被彈起，雞蛋落地后，兩板對(duì)雞蛋沒(méi)有摩擦力．取g=10m/s²，不考慮空氣阻力，求：
（1）如果沒(méi)有保護(hù)，雞蛋直接撞擊地面而不被摔壞，其速度最大不能超過(guò)多少？（結(jié)果用根號(hào)表示）
（2）如果使用該裝置，雞蛋夾放的位置離裝置下端的距離x至少為多少米？（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）如果沒(méi)有保護(hù)，雞蛋直接撞擊地面而不被摔壞，其速度最大為雞蛋從高度h=0.1m處自由落地時(shí)的速度，根據(jù)動(dòng)能定理即可求解；
（2）裝置從高度H處落到地面時(shí)，雞蛋速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理求出速度，裝置與地面作用過(guò)程中，雞蛋從離地x處滑到地面時(shí)速度只要小于V_m就不會(huì)被摔壞，根據(jù)動(dòng)能定理即可求解．

解答：（1）如果沒(méi)有保護(hù)，雞蛋直接撞擊地面而不被摔壞，其速度最大為雞蛋從高度h處自由落地時(shí)的速度，
mgh=

1

2

mvm2   
vm=

2

m/s    
（2）裝置從高度H處落到地面時(shí)，雞蛋速度為v，
mgH=

1

2

mv 2   ①
裝置與地面作用過(guò)程中，雞蛋從離地x處滑到地面時(shí)速度只要小于V_m就不會(huì)被摔壞，
根據(jù)動(dòng)能定理得：
（mg-F_f）x=

1

2

m（v_m²-v²）  ②
由①②解得：x=0.433m
答：（1）如果沒(méi)有保護(hù)，雞蛋直接撞擊地面而不被摔壞，其速度最大不能超過(guò)

2

m/s；
（2）如果使用該裝置，雞蛋夾放的位置離裝置下端的距離x至少為0.433m．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了動(dòng)能定理得直接應(yīng)用，要求同學(xué)們能根據(jù)解題需要，選取不同的過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理，難度適中．