为了测量某住宅大楼每层的平均高度(层高)及电梯运行情况,甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验:一质量为m=50kg的甲同学站在体重计上,乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中,体重计示数随时间变化的情况,并作出了如图所示的图象,已知t=0时,电梯静止不动,从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层(g取10m/s2).求:(1)电梯启动和制动时的加速度大小;(2)该大楼的层高.

问题描述:

为了测量某住宅大楼每层的平均高度(层高)及电梯运行情况,甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验:一质量为m=50kg的甲同学站在体重计上,乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中,体重计示数随时间变化的情况,并作出了如图所示的图象,已知t=0时,电梯静止不动,从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层(g取10m/s2).

求:(1)电梯启动和制动时的加速度大小;
(2)该大楼的层高.

(1)对于启动状态有:
F1-mg=mα1得α1=2m/s2
对于制动状态有:mg-F3=mα3
得α3=2m/s2
即电梯启动时的加速度大小为2m/s2,制动时加速度大小也为2m/s2
(2)电梯匀速运动的速度v=a1t1=2×1=2m/s 
从图中读得,电梯运动的总时间t=28s,电梯匀速上升的时间t2=26s,加速运动时间为t1=1s,减速上升时间也为t3=1s.
所以总位移S=vt2+

v
2
(t1+t3)=54m
层高h=
S
18
=
54
18
=3m
即该大楼的层高为3m.
答案解析:(1)从图象可以看出,电梯从2s末开始加速,3s末开始匀速,29s末开始减速,30s末停止,根据图象得到各个时间段的弹力,然后根据牛顿第二定律列式求解;
(2)求出加速度后,根据速度时间公式和平均速度公式列式求解各时间段位移,最后得到楼高.
考试点:牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

知识点:本题关键是结合图象,根据牛顿第二定律求解出物体的加速度,然后根据平均速度公式列式求解位移,得到每层楼的高度.