题目内容
(10分)跳高是体育课常进行的一项运动。小明同学身高1.70 m,质量为60 kg,在一次跳高测试中,他先弯曲两腿向下蹲,再用力蹬地起跳,从蹬地开始经0.40 s竖直跳离地面。设他蹬地的力大小恒为1050 N,其重心上升可视为匀变速直线运动。求小明从蹬地开始到最大高度过程中机械能的增加量。(不计空气阻力,取 g=10 m/s2。)
某同学进行如下计算:
小明起跳蹬地过程中,受到地面弹力F作用,向上做匀加速运动。因为地面的弹力F与蹬地的力F¹是作用力和反作用力,因此有:F=F¹=1050N(1)
根据牛顿第二定律,有:F=ma (2)
经过t=0.4s跳离地面时的速度为v=at (3)
起跳后人做竖直上抛运动,设上升的最大高度为h,则:v2=2gh(4)
在最高点,动能为零,机械能的增加量为ΔE=ΔEP=mgh(5)
联立以上各式既可求解。
你认为该同学的解答是否正确?如果认为正确,请求出结果;如果认为不正确,请说明理由并作出正确解答。
解析:
不正确。起跳蹬地过程中,受到地面弹力和重力的共同作用,该同学漏掉了重力;机械能的增加量应从蹬地开始计算,该同学漏掉了加速阶段增加的势能。 (2分)
正确解答:
根据牛顿第二定律:F-mg=ma
解得a=7.5m/s2 (2分)
经过t=0.4s,人重心上升的高度h=
at2=0.6m (1分)
跳离地面时的速度v=at=3.0m/s (1分)
此过程重力势能的增加量为ΔEP=mgh=360J (1分)
动能的增加量为 ΔEK=
mv2=270J (2分)
所以机械能的增加量为 ΔE=ΔEP+ΔEK=630J (1分)
起跳后人做竖直上抛运动,机械能守恒
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