题目
某同学观看跳水比赛时,联想到一个问题:水池的水至少要多深,才能保证运动员的安全?他做了一个假设:比赛时,运动员在距水面10m的跳台向上跳起,到达最高点时重心离起跳处约1.25m,然后自由下落,忽略空气阻力,运动员在水中近似做匀减速直线运动且加速度大小为22.5m/s^2,g取10m/s^2。试计算:(1)该运动员起跳时的速度大小;(2)该运动员从起跳到入水所用时间;(3)为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度。
某同学观看跳水比赛时,联想到一个问题:水池的水至少要多深,才能保证运动员的安全?他做了一个假设:比赛时,运动员在距水面$10m$的跳台向上跳起,到达最高点时重心离起跳处约$1.25m$,然后自由下落,忽略空气阻力,运动员在水中近似做匀减速直线运动且加速度大小为$22.5m/s^{2}$,$g$取$10m/s^{2}$。试计算:
$(1)$该运动员起跳时的速度大小;
$(2)$该运动员从起跳到入水所用时间;
$(3)$为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度。
$(1)$该运动员起跳时的速度大小;
$(2)$该运动员从起跳到入水所用时间;
$(3)$为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度。
题目解答
答案
(1)运动员从起跳到最高点做匀减速直线运动,末速度为$0$,上升的高度为$h=1.25m$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{0}^{2}=-2gh$
代入数据解得$v_{0}=5m/s$
即该运动员起跳时的速度大小为$5m/s$;
$(2)$运动员从起跳到入水的位移为$x=-10m$,由匀变速直线运动位移—时间公式得:$x=v_{0}t-\frac{1}{2}gt^{2}$
代入数据解得:$t=2s$或$-1s(舍去)$
即该运动员从起跳到入水所用时间为$2s$;
$(3)$由匀变速直线运动速度—时间公式得:运动员入水前瞬间的速度为$v_{入}=v_{0}-gt=5m/s-10\times 2m/s=-15m/s$
运动员入水后做匀减速直线运动,设水池深度至少为$H$,加速度大小为$a=22.5m/s^{2}$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{入}^{2}=-2aH$
代入数据解得
$H=5m$
即为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度为$5m$。
答:(1)该运动员起跳时的速度大小为$5m/s$;
$(2)$该运动员从起跳到入水所用时间为$2s$;
$(3)$为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度为$5m$。
代入数据解得$v_{0}=5m/s$
即该运动员起跳时的速度大小为$5m/s$;
$(2)$运动员从起跳到入水的位移为$x=-10m$,由匀变速直线运动位移—时间公式得:$x=v_{0}t-\frac{1}{2}gt^{2}$
代入数据解得:$t=2s$或$-1s(舍去)$
即该运动员从起跳到入水所用时间为$2s$;
$(3)$由匀变速直线运动速度—时间公式得:运动员入水前瞬间的速度为$v_{入}=v_{0}-gt=5m/s-10\times 2m/s=-15m/s$
运动员入水后做匀减速直线运动,设水池深度至少为$H$,加速度大小为$a=22.5m/s^{2}$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{入}^{2}=-2aH$
代入数据解得
$H=5m$
即为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度为$5m$。
答:(1)该运动员起跳时的速度大小为$5m/s$;
$(2)$该运动员从起跳到入水所用时间为$2s$;
$(3)$为了避免运动员与池底碰撞,水池的最小深度为$5m$。
解析
步骤 1:计算运动员起跳时的速度
运动员从起跳到最高点做匀减速直线运动,末速度为$0$,上升的高度为$h=1.25m$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{0}^{2}=-2gh$
代入数据解得$v_{0}=5m/s$
步骤 2:计算运动员从起跳到入水所用时间
运动员从起跳到入水的位移为$x=-10m$,由匀变速直线运动位移—时间公式得:$x=v_{0}t-\frac{1}{2}gt^{2}$
代入数据解得:$t=2s$或$-1s(舍去)$
步骤 3:计算水池的最小深度
由匀变速直线运动速度—时间公式得:运动员入水前瞬间的速度为$v_{入}=v_{0}-gt=5m/s-10\times 2m/s=-15m/s$
运动员入水后做匀减速直线运动,设水池深度至少为$H$,加速度大小为$a=22.5m/s^{2}$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{入}^{2}=-2aH$
代入数据解得$H=5m$
运动员从起跳到最高点做匀减速直线运动,末速度为$0$,上升的高度为$h=1.25m$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{0}^{2}=-2gh$
代入数据解得$v_{0}=5m/s$
步骤 2:计算运动员从起跳到入水所用时间
运动员从起跳到入水的位移为$x=-10m$,由匀变速直线运动位移—时间公式得:$x=v_{0}t-\frac{1}{2}gt^{2}$
代入数据解得:$t=2s$或$-1s(舍去)$
步骤 3:计算水池的最小深度
由匀变速直线运动速度—时间公式得:运动员入水前瞬间的速度为$v_{入}=v_{0}-gt=5m/s-10\times 2m/s=-15m/s$
运动员入水后做匀减速直线运动,设水池深度至少为$H$,加速度大小为$a=22.5m/s^{2}$,由匀变速直线运动位移—速度公式得:$0-v_{入}^{2}=-2aH$
代入数据解得$H=5m$