Question

蹦床是運(yùn)動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運(yùn)動項(xiàng)目．一個質(zhì)量m=60kg的運(yùn)動員，從離水平網(wǎng)面h=3.2m高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面H=5.0m高處．已知運(yùn)動員與網(wǎng)接觸的時間為t=1.2s．現(xiàn)用一簡化模型模擬以上過程并進(jìn)行有關(guān)計(jì)算：
如圖a，一個小球從高h(yuǎn)處自由下落到彈性支持面上，然后小球在彈性支持面上下陷一段距離x，速度恰為零（如圖b）．緊接著彈性支持面逐漸恢復(fù)，同時小球內(nèi)攜帶的輕彈簧彈出，當(dāng)彈簧彈出的長度等于△x時，彈性面和彈簧均恰好處于自然狀態(tài)．假設(shè)彈簧力以及彈性支持面的力均為恒力，g=10m/s²．求：
（1）運(yùn)動員從h高處自由下落到彈性支持面上時的運(yùn)動速度多大？
（2）運(yùn)動員在與蹦床接觸過程中的加速度多大？
（3）蹦床對運(yùn)動員的作用力多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）運(yùn)動員做自由落體運(yùn)動，直接根據(jù)機(jī)械能守恒定律列式求解；
（2）根據(jù)題意，運(yùn)動員與蹦床接觸過程是先減速下降后加速上升，整個過程是勻變速過程，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系列式后聯(lián)立求解；
（3）對運(yùn)動員受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解．
解答：（1）由，得
=8m/s
即運(yùn)動員從h高處自由下落到彈性支持面上時的運(yùn)動速度是8m/s．
（2）設(shè)運(yùn)動員的加速度為a，最大速度為v₂，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系，有

其中）
又
可解得：a=14.4m/s²
即運(yùn)動員在與蹦床接觸過程中的加速度為14.4m/s²．
（3）運(yùn)動員受重力和支持力，根據(jù)牛頓第二定律，有
F-mg=ma
得F=1464N
即蹦床對運(yùn)動員的作用力為1464N．
點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是對運(yùn)動員的各個運(yùn)動情況分析清楚，然后結(jié)合機(jī)械能守恒定律、運(yùn)動學(xué)公式、牛頓第二定律和幾何關(guān)系列式后聯(lián)立求解．