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高中物理 匀变速直线运动的研究——自由落体运动的综合问题-全球热议

2023-06-19 17:45:36    来源:哔哩哔哩

通过对匀变速直线运动的研究,再来看课本中给出的公式,速度与时间的关系,位移与时间的关系,速度与位移的关系。在这几个公式中,四个物理量只要知道三个就能求出另外一个物理量。也就是说在匀变速直线运动的问题中,只要知道五个物理量中的三个就可以求出另外两个物理量,简称知三求二。

结合这一点,在解决问题的过程中会有很大的帮助,看个例题。


【资料图】

一架直升机在距离地面224m的高空悬停,跳伞运动员离开飞机做自由落体运动,运动一段时间后打开降落伞,降落伞打开后运动员做匀减速直线运动,加速度变成,为了安全考虑,运动员落地时速度最大不能超过,那么运动员打开降落伞时距离地面的高度是多少?在空中的最短时间是多少?()

分析:运动员跳伞到落地,分为两个两个阶段,一开始做自由落体运动,后面做匀减速直线运动,前一阶段长,后一阶段就短,落地速度就大,所以以落地速度最大值5m/s计算能得出最小高度,再以这个高度计算在空中的时间就是最短时间。

打开伞后由于空气阻力的影响开始做匀减速直线运动,加速度大小已知,这个地方需要设正方向。题目中要求落地时的速度最大不能超过5m/s,也就是匀减速直线运动的末速度最大为5m/s,以5m/s这个数值结合加速度进行计算,要求打开伞的高度,也就是做匀变速直线运动的位移,还需要知道时间或者初速度,匀减速直线运动的初速度就是自由落体的末速度,此时对于第一段自由落体运动只知道加速度,还需要知道时间或者自由落体的高度。两个阶段的总位移刚好是直升机距离地面的高度。

解:以向下为正方向,设自由落体阶段的位移为,所用时间为,末速度为,匀减速直线运动阶段高度为,初速度为,所用时间为,已知自由落体加速度,匀减速直线运动加速度,末速度,总高度。

由题意得

总高度,

自由落体高度

匀减速直线运动高度

解方程得

打开降落伞时距离地面的高度为99m。

自由落体阶段高度,由公式得;

匀减速直线运动阶段初速度,由公式得;

所以在空中的总时间

运动员在空中的最短时间是8.6s。

总结

在解决多段运动的问题时,注意观察题目的条件,主要找到同一段运动的三个已知物理量,就可以求出剩下的两个物理量;如果不能找齐三个已知物理量,那么就要从几段运动之间的关联关系上入手,常见的关系有三种:一、运动的位移之和为总位移;二、运动的时间和等于总时间;三、前一段的末速度等于后一段的初速度。使用这些关系列出式子就可以解方程组求解了。

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