题目内容

12.如图所示,表演“顶杆”杂技时,一人站在地上(称为“底人”),肩上竖直扛着一个质量为m=5kg的竹竿,一个质量为M=40kg的演员(可视为质点)在竿顶端从静止开始先匀加速再匀减速下滑,滑到竿底端时速度正好为零.为了研究该杂技的力学性质,研究人员在竿底部和“底人”肩膀之间安装一个力传感器,演员从竿顶端下滑的整个过程中,竿对传感器竖直向下压力大小随时间变化的关系如图乙所示.根据题中所给条件和图象中有关信息,重力加速度大小为g=10m/s2.求:
(1)演员在竿上匀加速下滑和匀减速下滑的过程中,竿受到的摩擦力大小;
(2)竿的长度.

分析 (1)根据图示图象求出竿的作用力,然后由平衡条件求出摩擦力.
(2)由牛顿第二定律求出加速度,由运动学公式求出杆长.

解答 解:(1)演员匀加速下滑过程中,由图乙所示可知,
运动时间:t1=1s,竿对传感器的压力:F1=290N,
对杆,由平衡条件得:Ff+mg=F1,代入数据解得:Ff=240N,
演员匀减速下滑过程中,由乙图所示可知,
运动时间:t2=2s,竿传感器的压力:F2=530N,
对杆,由平衡条件得:Ff′+mg=F2,解得:Ff′=480N;
(2)设杆的长度为x,对演员,由牛顿第二定律得:
匀加速下滑过程:Mg-Ff=Ma1,
匀减速下滑过程:Ff′-Mg=Ma2,
由匀变速直线运动的位移公式得:
加速下滑过程:x1=$\frac{1}{2}$a1t12,
减速下滑过程:x2=$\frac{1}{2}$a2t22,
杆长:x=x1+x2,
代入数据解得:x=6m;
答:(1)演员在竿上匀加速下滑过程受到竿的摩擦力大小为240N,匀减速下滑的过程中竿受到的摩擦力大小为480N;
(2)竿的长度为6m.

点评 本题运用牛顿第二定律运动学公式结合分析多过程问题,也可以采用图象法分析最大速度.此题属于中档题.

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