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如图1所示,蹦极运动是一项非常刺激的娱乐项目.研究蹦极运动时,在运动员身上装好传感器,用于测量他在不同时刻下落的高度及速度.已知运动员及其所携带的全部设备的总质量为m=60kg,弹性绳原长为l0=10m,运动员从蹦极台无初速度下落到第一次到达最低点的过程中,其速度—位移图像如图2所示.不计空气阻力,测得本地重力加速度g=9.8m/s2

(1)运动员下落过程中速度最大时,其受力有什么特点?
(2)运动员下落速度最大时,绳的弹性势能Ep为多大?
(3)对于运动员第一次到达最低点时绳的弹性势能Ep′,小明和小丽的解法分别如下:
小明的解法:
当运动员速度最大时,有mg=kΔl1
已知绳的原长l0=10m,由图2知运动员速度最大时绳的形变量Δl1=15-10=5m
解得k=
mg
Δ
l
1
=
60
×
9
.
8
5
=117.6N/m
由图2知,运动员第一次到达最低点时绳的形变量Δl2=25.5-10=15.5m
由弹性势能的表达式Ep′=
1
2
k
Δ
l
2
2
=
1
2
×
117
.
6
×
15
.
5
2
1
.
4
×
1
0
4
J
小丽的解法:
运动员从离开蹦极平台到第一次到达最低点的过程,由机械能守恒定律得mgl=Ep
Ep′=60×9.8×25.5≈1.5×104J
上面的两种解法,数学运算都是正确的,但结果不同.你认为谁的解法是正确的?对于另一位同学的解法,简要说明出现错误的原因.

【答案】(1)运动员下落过程中速度最大时,合力为零;
(2)运动员下落速度最大时,绳的弹性势能Ep为2070J;
(3)小丽的解法正确;小明的解法错误的原因是题目中没有明确说明弹性绳受到的弹力与形变量成正比,Ep′=
1
2
k
Δ
l
2
2
可能不适用。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:19引用:1难度:0.6
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