Question

【題目】低空跳傘是一種極限運(yùn)動(dòng)，一般在高樓、懸崖、高塔等固定物上起跳。人在空中降落過程中所受空氣阻力隨下落速度的增大而增大，而且速度越大空氣阻力增大得越快。因低空跳傘下落的高度有限，導(dǎo)致在空中調(diào)整姿態(tài)、打開傘包的時(shí)間較短，所以其危險(xiǎn)性比高空跳傘還要高。
一名質(zhì)量為70kg的跳傘運(yùn)動(dòng)員背有質(zhì)量為10kg的傘包從某高層建筑頂層跳下，且一直沿豎直方向下落，其整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的v－t圖象如圖所示。已知2.0s末的速度為18m/s ， 10s末拉開繩索開啟降落傘，16.2s時(shí)安全落地，并穩(wěn)穩(wěn)地站立在地面上。g取10m/s2 ， 請(qǐng)根據(jù)此圖象估算：

（1）起跳后2s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員（包括其隨身攜帶的全部裝備）所受平均阻力的大��；
（2）運(yùn)動(dòng)員從腳觸地到最后速度減為零的過程中，若不計(jì)傘的質(zhì)量及此過程中的空氣阻力，則運(yùn)動(dòng)員所需承受地面的平均沖擊力多大；
（3）開傘前空氣阻力對(duì)跳傘運(yùn)動(dòng)員（包括其隨身攜帶的全部裝備）所做的功（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】
（1）

由v－t圖可知，起跳后前2s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)近似是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度為

=9.0m/s2

設(shè)運(yùn)動(dòng)員所受平均阻力為f，根據(jù)牛頓第二定律有：m總g–f=m總a

解得f=m總（g–a）=80N

（2）

由v－t圖可知，運(yùn)動(dòng)員腳觸地時(shí)的速度v2=5.0m/s，經(jīng)時(shí)間t2=0.2s速度減為零，設(shè)此過程中運(yùn)動(dòng)員所受平均沖擊力大小為F，根據(jù)動(dòng)量定理有

解得F=2450N

（3）

由v－t圖可知，10s末開傘時(shí)的速度v=40m/s，開傘前10s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員下落的高度約為

m

（說明：得出280m～320m均可得分。）

設(shè)前10s內(nèi)空氣阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)員所做功為W，根據(jù)動(dòng)能定理有

解得W=-1.73×105J。

【解析】（1）由v-t圖可知，起跳后前2s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)近似是勻加速運(yùn)動(dòng)，讀出加速度值，由牛頓第二定律求出阻力大小．（2）由v-t圖可知，運(yùn)動(dòng)員腳觸地時(shí)的速度為v2=5.0m/s，經(jīng)過時(shí)間t2=0.2s速度減為0，根據(jù)動(dòng)量定理求解．（3）由v-t圖讀出開傘前運(yùn)動(dòng)員下落高度，在這個(gè)過程中，重力和空氣阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功，根據(jù)動(dòng)能定理求解．