题目内容

5.在2012年伦敦奥运会男子4×100m接力决赛中,牙买加队以破世界纪录的成绩夺得金牌,我国队也在预赛中刷新了本队的最佳战绩.4×100m是奥运会上最为激烈的比赛项目,有甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现,甲在短距离加速后能保持10m/s的速度跑完全程.为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当的位置设置标记,在某次练习中,甲在接力区前x0处作了标记,当甲跑到此标记时向乙发出起跑口令,乙在接力区的前端听到口令时立即起跑(忽略声音传播的时间及人的反应时间),已知接力区的长度为L=20m,假设乙起跑后的运动是匀加速直线运动,试求:
(1)若x0=15m,且乙恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒,则在完成交接棒时乙离接力区末端的距离为多大?
(2)若x0=15m,乙的最大速度为9m/s,并能以最大速度跑完全程,要使甲乙能在接力区完成交接棒,则乙在听到口令后加速的加速度最大为多少?

分析 (1)追及问题,甲做匀速运动,乙做匀加速运动,运动时间相同,乙的末速度与甲速度相同,利用运动学公式可求出乙的位移,即可求得所求量.
(2)甲、乙的最大速度:v甲>v乙,所以在完成交接棒时甲走过的距离越长,成绩越好.因此应当在接力区的末端完成交接,且乙达到最大速度.通过乙先做匀加速直线运动,再做匀速直线运动,通过加速的时间和匀速的时间,求出匀加速直线运动的加速度.

解答 解:(1)设经过时间t,甲追上乙,则根据题意有=15m  
     将v=10m/s代入得到:t=3s,
     又 v=a1t
     解得:a1=m/s2                    
     在追上乙的时候,乙走的距离为x
     则:x=                         
     代入数据得到x=15m                  
     所以乙离接力区末端的距离为△x=L-x=20m-15m=5m  
    (2)由题意可知,乙的加速度越大,在完成交接棒时走过的距离越长.当在接力区的边缘完成交接棒时,乙的加速度最大.
     设乙的最大加速度为a2
     运动的时间t==$\frac{20+15}{10}=3.5s$                   
     乙加速的时间t1=    ①
      L=a2t12+v乙(t-t1)  ②
      联立①②解得:a2=3.52 m/s2          
答:(1)乙离接力区末端的距离为5m.
    (2)乙在听到口令后加速的加速度最大为3.52 m/s2.

点评 这是一个追及问题,解决本题的关键理清运动过程,明确位移和时间的关系,运用运动学公式灵活求解.

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