(2013·北京海淀一模,23题)(18分)一般来说,正常人从距地面1.5m高处跳下,落地时速度较小,经过腿部的缓冲,这个速度对人是安全的,称为安全着地速度。如果人从高空跳下,必须使用降落伞才能安全着陆,其原因是,张开的降落伞受到空气对伞向上的阻力作用。经过大量实验和理论研究表明,空气对降落伞的阻力f与空气密度ρ、降落伞的迎风面积S、降落伞相对空气速度v、阻力系数c有关(由伞的形状、结构、材料等决定),其表达式是f=cρSv2。根据以上信息,解决下列问题。(取g=10m/s2)
(1)在忽略空气阻力的情况下,计算人从1.5m高处跳下着地时的速度大小(计算时人可视为质点);
(2)在某次高塔跳伞训练中,运动员使用的是有排气孔的降落伞,其阻力系数c=0.90,空气密度取ρ=1.25kg/m3。降落伞、运动员总质量m=80kg,张开降落伞后达到匀速下降时,要求人能安全着地,降落伞的迎风面积S至少是多大?
(3)跳伞运动员和降落伞的总质量m=80kg,从h=65m高的跳伞塔上跳下,在下落过程中,经历了张开降落伞前自由下落、张开降落伞后减速下落和匀速下落直至落地三个阶段。图12是通过固定在跳伞运动员身上的速度传感器绘制出的从张开降落伞开始做减速运动至达到匀速运动时的v-t图像。根据图像估算运动员做减速运动的过程中,空气阻力对降落伞做的功。
【答案】见解析
【解析】(1)设人从1.5m高处跳下着地时的安全速度大小为v0,则
………………………2分
=
m/s=5.5m/s………………………2分
(2)由(1)可知人安全着陆的速度大小为m/s,跳伞运动员在空中匀速下降时空气阻力大小等于运动员的重力,则
………………………3分
=
m2=47.4m2………………………2分
(3)设空气阻力对降落伞做功为Wf,由v-t图可知,降落伞张开时运动员的速度大小v1=20m/s,运动员收尾速度即匀速直线运动的速度v2=5.0m/s,设在这段时间内运动员下落的高度为h,根据动能定理
mgh+Wf=
Wf=- mgh+………………………4分
(说明以上两式只要有一个正确就给4分)
由v-t图线和时间轴所围面积可知,在0~3s时间内运动员下落高度h=25m,……3分
带入数据解得
……………2分
说明:由于h是估算值,至
都算正确。
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(2013·北京东城区示范校高三综合练习,1题)如图所示,在倾角为a的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒。 在导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确是
A.方向垂直斜面向上 B.
,方向垂直斜面向下
C.,方向竖直向上 D.
,方向竖直向下
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(2013·北京海淀区高三期中,4题)如图3所示,在一辆由动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧,其左端固定在小车上,右端与一小球相连。设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态,若忽略小球与小车间的摩擦力,则在这段时间内小车可能是 ( )
A.向右做加速运动
B.向右做减速运动
C.向左做加速运动
D.向左做减速运动
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(2013·北京东城区高三联考,7题)冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员重力的k倍,在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员,其安全速度为( )
A. B.
≤
C.
≥
D.
≤
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(2013·北京海淀区高三期中,5题)如图4所示,一块橡皮用不可伸长的细线悬挂于O点,用铅笔靠着细线的左侧从O点开始水平向右匀速移动,运动中始终保持悬线竖直,则在铅笔向右匀速移动过程中,橡皮运动的速度( )
A.大小和方向均不变
B.大小不变,方向改变
C.大小改变,方向不变
D.大小和方向均改变
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(2013·北京朝阳二模,17题)经国际小行星命名委员会命名的“神舟星”和“杨利伟星”的轨道均处在火星和木星轨道之间,它们绕太阳沿椭圆轨道运行,其轨道参数如下表。
远日点 | 近日点 | |
神舟星 | 3.575AU | 2.794AU |
杨利伟星 | 2.197AU | 1.649AU |
注:AU是天文学中的长度单位,1AU=149 597 870 700m(大约是地球到太阳的平均距离)。
“神舟星”和“杨利伟星”绕太阳运行的周期分别为T1和T2,它们在近日点的加速度分别为a1和a2。则下列说法正确的是
A.,
B.
,
C.,
D.
,
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