题目内容

7.质量为60kg的消防队员,从一根竖直的长直轻绳上由静止滑下,经2.5s落地.轻绳上端有一力传感器,它记录的轻绳受到的拉力变化情况如图甲所地,取g=10m/s2.消防队员下滑过程中
(1)最大速度和落地速度各是多少?
(2)在乙图中画出v-t图象.
(3)克服摩擦力做的功是多少?

分析 (1)根据甲图可知在第一秒内,队员的重力大于轻绳的拉力,队员向下做匀加速直线运动,后1.5s内队员的重力小于轻绳的拉力,队员做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律及运动学基本公式即可解题.
(2)根据两个过程的速度情况,作出图象.
(3)由位移公式求出消防队员下落的高度,再由动能定理求克服摩擦力做功.

解答 解:(1)该队员先在t1=1s时间内以a1匀加速下滑.然后在t2=1.5s时间内以a2匀减速下滑.
在第1s内,由牛顿第二定律得:mg-F1=ma1
最大速度为:vm=a1t1
代入数据解得:vm=4m/s
后1.5s内,由牛顿第二定律得:F2-mg=ma2
队员落地时的速度:v=vm-a2t2  
代入数据得:v=1m/s
(2)图象如图所示:
(3)队员在第1s下滑的高度 h1=$\frac{1}{2}{a}_{1}{t}_{1}^{2}$
队员在后1.5s下滑的高度 h2=vmt2-$\frac{1}{2}{a}_{2}{t}_{2}^{2}$
由动能定理得:mg(h1+h2)-Wf=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
代入数据解得:Wf=3420J.
答:(1)最大速度为4m/s,落地速度为1m/s;
(2)图象如图所示.
(3)克服摩擦力做的功是3420J.

点评 该题要求同学们能根据物体的受力情况分析运动情况,再根据牛顿第二运动定律及运动学规律解题,能从图象中读取有效信息.第3小题也可以根据面积求下落的总高度.

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