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跳伞运动员从跳伞塔上跳下,当降落伞全部打开时,伞和运动员所受的空气阻力大小跟下落...

跳伞运动员从跳伞塔上跳下,当降落伞全部打开时,伞和运动员所受的空气阻力大小跟下落速度的平方成正比,即f=kv2,已知比例系数k=20N•s2/m2.运动员和伞的总质量m=72kg,设跳伞塔足够高且运动员跳离塔后即打开伞,取g=10m/s2,求:
(1)跳伞员的下落速度达到3m/s时,其加速度多大?
(2)跳伞员最后下落速度多大?
(3)若跳伞塔高200m,则跳伞员从开始跳下到即将触地的过程中,损失了多少机械能?
因为运动员受的空气阻力f=kv2和重力作用,可用牛顿第二定律解得其加速度;因为塔足够高,所以运动员一定会达到匀速运动状态,即重力与空气阻力平衡;损失的机械能是由于空气阻力,但是空气阻力是随速度变化的力,所以不能直接解出其所做的功,我们可以解出动能和重力势能之和一共减少多少,即损失了多少机械能. 【解析】 (1)因为运动员受的空气阻力f=kv2和重力作用, 由牛顿第二定律:mg-f=ma 解得:a=g-=7.5m/s2 (2)跳伞员最后匀速运动, 即重力与空气阻力平衡:mg=kv2 解得:v=6m/s (3)损失的机械能是由于空气阻力,但是空气阻力是随速度变化的力,所以不能直接解出其所做的功,我们可以解出动能和重力势能之和一共减少多少,即损失了多少机械能. 损失机械能:△E=mgH-mv2=1.43×105J  答:(1)跳伞员的下落速度达到3m/s时,其加速度为7.5m/s2. (2)跳伞员最后下落速度为v=6m/s (3)若跳伞塔高200m,则跳伞员从开始跳下到即将触地的过程中,损失了1.43×105J 机械能.
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考点分析:
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实验次数12345
F/N0.490.981.471.962.45
t/(ms)40.428.623.320.218.1
t2/(ms)21632.2818.0542.9408.0327.6
υ26.112.218.424.530.6
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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