13.(2011海淀零模)(16分)某校课外活动小组自制了一枚质量为3.0kg的实验用火箭。设火箭发射后,始终沿竖直方向运动。火箭在地面点火后升至火箭燃料耗尽之前可认为做初速度为零的匀加速运动,经过4.0s到达离地面40m高处燃料恰好耗尽。忽略火箭受到的空气阻力,g取10m/s2。求:
(1)燃料恰好耗尽时火箭的速度大小;
(2)火箭上升离地面的最大高度;
(3)火箭加速上升时受到的最大推力的大小。
解析:(1)设燃料恰好耗尽时火箭的速度为v,根据运动学公式
(3分)
解得
m/s =20m/s
(3分)
(2)火箭燃料耗尽后能够继续上升的高度
m =20m
(2分)
火箭离地的最大高度: H=h+h1=40+20=60m
(2分)
(3)火箭在飞行中质量不断减小。所以在点火起飞的最初,其推力最大。根据加速度定义及牛顿第二定律
=5m/s2
(2分)
F-mg=ma
(2分)
F=m(g+a)=3×(10+5)=45N
(2分)
14
.(2011海淀一模)(16分)如图11所示,滑板运动员从倾角为53°的斜坡顶端滑下,滑下的过程中他突然发现在斜面底端有一个高h=1.4m、宽L=1.2m的长方体障碍物,为了不触及这个障碍物,他必须距水平地面高度H=3.2m的A点沿水平方向跳起离开斜面。已知运动员的滑板与斜面间的动摩擦因数μ=0.1,忽略空气阻力,重力加速度g取10m/s2。(已知sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)运动员在斜面上滑行的加速度的大小;
(2)若运动员不触及障碍物,他从斜面上起跳后到落至水平面的过程所经历的时间;
(3)运动员为了不触及障碍物,他从A点沿水平方向起跳的最小速度。
解:(1)设运动员连同滑板的质量为m,运动员在斜面上滑行的过程中,根据牛顿第二定律
(3分)
解得运动员在斜面上滑行的加速度
=7.4m/s2 (2分)
(2)从运动员斜面上起跳后沿竖直方向做自由落体运动,根据自由落体公式
(3分)
解得
=0.8s
(2分)
(3)为了不触及障碍物,运动员以速度v沿水平方向起跳后竖直下落高度为H-h时,他沿水平方向的运动的距离为Hcot53°+L,设他在这段时间内运动的时间为t′,则
(2分)
Hcot53°+L=vt′
(2分)
解得
v=6.0m/s
(2分)