Question

在消防演習(xí)中，消防隊(duì)員從一根豎直的長(zhǎng)直輕繩上由靜止滑下，經(jīng)一段時(shí)間落地．為了獲得演習(xí)中的一些數(shù)據(jù)，以提高訓(xùn)練質(zhì)量，研究人員在輕繩上端安裝一個(gè)力傳感器并與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，用來(lái)記錄消防隊(duì)員下滑過(guò)程中輕繩受到的拉力與消防隊(duì)員重力的比值隨時(shí)間變化的情況．已知某隊(duì)員在一次演習(xí)中的收集的數(shù)據(jù)如圖所示，g取10m/s²．
（1）求該消防隊(duì)員在下滑過(guò)程中的最大速度和落地速度各是多少？
（2）消防隊(duì)員在下滑過(guò)程的總位移？

Answer 1

解：（1）設(shè)該消防隊(duì)員先在t₁=1s時(shí)間內(nèi)以加速度大小a₁勻加速下滑．然后在t₂=1.5s時(shí)間內(nèi)以加速度大小a₂勻減速下滑．
前1s內(nèi)，由牛頓第二定律得：
mg-F₁=ma₁
得，a₁=g-=4m/s²
所以消防隊(duì)員的最大速度v_m=a₁t₁
代入數(shù)據(jù)解得：v_m=4m/s
后1.5s內(nèi)，由牛頓第二定律得：
F₂-mg=ma₂
得，a₂=-g=2m/s²
隊(duì)員落地時(shí)的速度v=v_m-a₂t₂
代入數(shù)據(jù)解得：v=1m/s
（2）t₁=1s時(shí)間內(nèi)，下落位移為x₁=a₁t₁²=×5×1²m=2.5m
后1.5s內(nèi)，下落的位移為x₂===3.75m
故總位移為x=x₁+x₂=6.25m
答：（1）該消防隊(duì)員在下滑過(guò)程中的最大速度和落地速度各是4m/s和1m/s．
（2）消防隊(duì)員在下滑過(guò)程的總位移是6.25m．
分析：根據(jù)圖象讀出繩子的拉力與消防隊(duì)員的重力之比，分析消防隊(duì)員的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，由速度公式求出最大速度和落地的速度和消防隊(duì)員在下滑過(guò)程的總位移．
點(diǎn)評(píng)：本題消防隊(duì)員先做勻加速運(yùn)動(dòng)后做勻減速運(yùn)動(dòng)，要抓住兩個(gè)過(guò)程之間的聯(lián)系：速度關(guān)系，運(yùn)用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合進(jìn)行求解．