质量为50kg的运动员,在一座高桥上做“蹦极”运动.他所用的弹性绳*长度为12m,假设弹性绳中的弹力与弹性绳的伸长之间的关系遵循胡克定律,在整个运动中弹性绳不超过弹性限度.运动员从桥面下落,能到达距桥面为40m的最低点D 处,运动员下落速率v跟下落距离S 的关系如图所示,运动员在C 点时的速度最大.空气阻力不计,重力加速度g取10m/s2.求:(1)弹性绳的劲度系数k.(2)运动员到达D点时,弹性绳的弹性势能Ep.(3)运动员到达D点时的加速度值a.

问题描述:

质量为50kg的运动员,在一座高桥上做“蹦极”运动.他所用的弹性绳*长度为12m,假设弹性绳中的弹力与弹性绳的伸长之间的关系遵循胡克定律,在整个运动中弹性绳不超过弹性限度.运动员从桥面下落,能到达距桥面为40m的最低点D 处,运动员下落速率v跟下落距离S 的关系如图所示,运动员在C 点时的速度最大.空气阻力不计,重力加速度g取10m/s2.求:

(1)弹性绳的劲度系数k.
(2)运动员到达D点时,弹性绳的弹性势能Ep
(3)运动员到达D点时的加速度值a.

(1)运动员在C点受到的弹力与重力大小相等,合外力为0,加速度为0,所以速度最大.
则k(LC-L0)=mg     
代入数据得k=62.5N/m
(2)运动员到达D点的速率为0,在整个下落过程中减少的重力势能全部转化为弹簧增加的弹性势能  EP=mgLD    
代入数据得EP=2×104J
(3)在D点弹簧的弹力F=k(LD-LO)    
根据牛顿第二定律F-mg=ma   
联立解得a=25m/s2
答:
(1)弹性绳的劲度系数k是62.5N/m.
(2)运动员到达D点时,弹性绳的弹性势能Ep是2×104J.
(3)运动员到达D点时的加速度值a是25m/s2
答案解析:(1)在C点速度最大,则C点是平衡位置,则有重力等于弹力,结合胡克定律即可求解;
(2)对由O到D的过程运用机械能守恒定律列式即可求解;
(3)在D点,由胡克定律求得弹簧的弹力,再根据牛顿第二定律求加速度.
考试点:机械能守恒定律;牛顿第二定律.
知识点:本题首先读出图象的信息,分析运动员的运动情况.再选择平衡条件、牛顿第二定律等等物理规律求解.