题目内容

【题目】翼型降落伞有很好的飞行性能.它被看作飞机的机翼,跳伞运动员可方便地控制转弯等动作.其原理是通过对降落伞的调节,使空气升力和空气摩擦力都受到影响.已知:空气升力F1与飞行方向垂直,大小与速度的平方成正比,F1=C1v2;空气摩擦力F2与飞行方向相反,大小与速度的平方成正比,F2=C2v2.其中C1、C2相互影响,可由运动员调节,C1、C2满足如图b所示的关系.试求:

(1)图a中画出了运动员携带翼型伞跳伞后的两条大致运动轨迹.试对两位置的运动员画出受力示意图并判断,①、②两轨迹中哪条是不可能的,并简要说明理由;

(2)若降落伞最终匀速飞行的速度v与地平线的夹角为α,试从力平衡的角度证明:tanα=;

(3)某运动员和装备的总质量为70kg,匀速飞行的速度v与地平线的夹角α约37°(取tan37°=0.75),匀速飞行的速度v多大?(g取10m/s2,计算结果保留三位有效数字)

【答案】(1)①轨迹是不可能的;(2)证明见解析;(3)13.3m/s.

【解析】试题分析:物体做直线运动的条件是所受的合力方向与速度方向在一条直线上,根据运动员和翼型伞的受力情况进行判断;由①位置的受力分析,匀速运动时对重力进行分解,根据平衡条件求解;在图b中过原点作直线C2=0.75C1,正确得到直线与曲线的交点后求解.

(1)①轨迹不可能存在.

轨迹②三力可能平衡或三力的合力可能与速度在一直线,可做直线运动

轨迹①合力方向与速度方向不可能在一直线,所以不会做直线运动

(2)由②位置的受力分析可知,匀速运动时,对重力进行分解,根据平衡条件得:

, 两式消去mg和v得 .

(3)在图b中过原点作直线,正确得到直线与曲线的交点

C2=2.4

C1=3.2

根据,或得

点晴:物体做直线运动的条件是所受的合力方向与速度方向在一条直线上,根据运动员和翼型伞的受力情况进行判断;由①位置的受力分析,匀速运动时对重力进行分解,根据平衡条件求解.

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