题目
如图所示的无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器。在一次无人机飞行测试中,无人机从地面由静止开始匀加速竖直向上飞起,经过10s关闭电源,此时无人机离地面高度为50m。在无人机达到最高点后的自由下落过程中,某时刻启动电源,无人机开始做匀减速直线运动,加速度大小为5m/s2,直到落地。不计空气阻力,g取10m/s2。求:(1)无人机竖直向上飞起的加速度大小;(2)无人机上升离地面的最大高度;(3)无人机从最高点自由下落,下落多长时间时启动电源,落地时速度恰为零(结果可以用根式表示)。
如图所示的无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器。在一次无人机飞行测试中,无人机从地面由静止开始匀加速竖直向上飞起,经过10s关闭电源,此时无人机离地面高度为50m。在无人机达到最高点后的自由下落过程中,某时刻启动电源,无人机开始做匀减速直线运动,加速度大小为5m/s2,直到落地。不计空气阻力,g取10m/s2。求:(1)无人机竖直向上飞起的加速度大小;
(2)无人机上升离地面的最大高度;
(3)无人机从最高点自由下落,下落多长时间时启动电源,落地时速度恰为零(结果可以用根式表示)。
题目解答
答案
解:(1)无人机从地面由静止开始匀加速竖直向上飞起,经过t1=10s关闭电源,此时无人机离地面高度为h1=50m。根据位移—时间关系可得:h1=$\frac{1}{2}a{t}_{1}^{2}$
解得加速度大小为:a=1m/s2;
(2)关闭电源时的速度大小为:v=at1
解得:v=10m/s
此后做竖直上抛运动的高度为:h2=$\frac{{v}^{2}}{2g}$=$\frac{1{0}^{2}}{2×10}$m=5m
无人机上升离地面的最大高度:H=h1+h2=50m+5m=55m;
(3)设启动电源的速度大小为v1,根据速度—位移关系可得:
H=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2g}$+$\frac{{v}_{1}^{2}}{2a′}$,其中a′=5m/s2,
根据速度—时间关系可得:v1=gt2
联立解得自由下落的时间为:t2=$\sqrt{\frac{11}{3}}$s。
答:(1)无人机竖直向上飞起的加速度大小为1m/s2;
(2)无人机上升离地面的最大高度为55m;
(3)无人机从最高点自由下落,下落$\sqrt{\frac{11}{3}}$s时启动电源,落地时速度恰为零。
解得加速度大小为:a=1m/s2;
(2)关闭电源时的速度大小为:v=at1
解得:v=10m/s
此后做竖直上抛运动的高度为:h2=$\frac{{v}^{2}}{2g}$=$\frac{1{0}^{2}}{2×10}$m=5m
无人机上升离地面的最大高度:H=h1+h2=50m+5m=55m;
(3)设启动电源的速度大小为v1,根据速度—位移关系可得:
H=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2g}$+$\frac{{v}_{1}^{2}}{2a′}$,其中a′=5m/s2,
根据速度—时间关系可得:v1=gt2
联立解得自由下落的时间为:t2=$\sqrt{\frac{11}{3}}$s。
答:(1)无人机竖直向上飞起的加速度大小为1m/s2;
(2)无人机上升离地面的最大高度为55m;
(3)无人机从最高点自由下落,下落$\sqrt{\frac{11}{3}}$s时启动电源,落地时速度恰为零。
解析
步骤 1:计算无人机竖直向上飞起的加速度大小
无人机从地面由静止开始匀加速竖直向上飞起,经过10s关闭电源,此时无人机离地面高度为50m。根据位移—时间关系可得:h_1=$\frac{1}{2}a{t}_{1}^{2}$
步骤 2:计算无人机上升离地面的最大高度
关闭电源时的速度大小为:v=at_1
此后做竖直上抛运动的高度为:h_2=$\frac{{v}^{2}}{2g}$
无人机上升离地面的最大高度:H=h_1+h_2
步骤 3:计算无人机从最高点自由下落,下落多长时间时启动电源,落地时速度恰为零
设启动电源的速度大小为v_1,根据速度—位移关系可得:
H=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2g}$+$\frac{{v}_{1}^{2}}{2a′}$,其中a′=5m/s^{2},
根据速度—时间关系可得:v_1=gt_2
无人机从地面由静止开始匀加速竖直向上飞起,经过10s关闭电源,此时无人机离地面高度为50m。根据位移—时间关系可得:h_1=$\frac{1}{2}a{t}_{1}^{2}$
步骤 2:计算无人机上升离地面的最大高度
关闭电源时的速度大小为:v=at_1
此后做竖直上抛运动的高度为:h_2=$\frac{{v}^{2}}{2g}$
无人机上升离地面的最大高度:H=h_1+h_2
步骤 3:计算无人机从最高点自由下落,下落多长时间时启动电源,落地时速度恰为零
设启动电源的速度大小为v_1,根据速度—位移关系可得:
H=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2g}$+$\frac{{v}_{1}^{2}}{2a′}$,其中a′=5m/s^{2},
根据速度—时间关系可得:v_1=gt_2