Question

體育課上進(jìn)行“爬桿”活動(dòng)，使用了一根質(zhì)量忽略不計(jì)的長(zhǎng)桿，豎直固定，（如圖）一質(zhì)量為40kg的同學(xué)（可視為質(zhì)點(diǎn)）爬上桿的頂端后，自桿頂由靜止開始先勻加速再勻減速下滑，滑到竹桿底端時(shí)速度剛好為零．通過裝在長(zhǎng)桿底部的傳感器測(cè)得長(zhǎng)桿對(duì)底座的最大壓力為460N，最小壓力280N，下滑的總時(shí)間為3s，
求該雜技演員在下滑過程中的最大速度及桿的長(zhǎng)度．（g=10m/s²）

Answer 1

解：（1）設(shè)加速下滑過程時(shí)間為t₁，加速度大小為a₁，減速下滑過程時(shí)間為t₂，加速度大小為a₂，根據(jù)牛頓第二定律得：
加速下滑過程中，根據(jù)牛頓第二定律，
mg-F_min=ma₁
即mg-280=ma₁
代入數(shù)據(jù)解得：，方向向下．
減速下滑過程中，根據(jù)牛頓第二定律，
F_max-mg=ma₂
即460-mg=ma₂
代入數(shù)據(jù)解得：，方向向上．
（2）加速過程的末速度為最大速度，也是減速過程的初速度，由題意可得：
v_m=a₁t₁=a₂t₂
又因?yàn)椋簍₁+t₂=3
解得：t₁=1s，t₂=2s
所以：v_m=a₁t₁=3m/s
（3）加速下滑的位移和減速下滑的位移之和為桿子的長(zhǎng)度，所以有

代入數(shù)據(jù)解得：s=4.5m
答：該雜技演員在下滑過程中的最大速度為3m/s，桿的長(zhǎng)度為4.5m．
分析：對(duì)加速下滑過程和減速下滑過程中人進(jìn)行受力分析，運(yùn)用牛頓第二定律解得加速和減速的加速度，再運(yùn)用速度公式求解最大速度，根據(jù)加速下滑的位移和減速下滑的位移之和為桿子的長(zhǎng)度，求解桿子的長(zhǎng)度．
點(diǎn)評(píng)：本題運(yùn)用牛頓第二定律運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合分析多過程問題，也可以采用圖象法分析最大速度．此題屬于中檔題．