解题思路:(1、2)整个过程中,伞兵先做自由落体运动,后做匀减速运动,总位移大小等于224m.设伞兵展伞时,离地面的高度至少为h,此时速度为v0,先研究匀减速过程,由速度-位移关系式,得到v0与h的关系式,再研究自由落体过程,也得到一个v0与h的关系式,联立求解.
(3)由(1)求出v0,由速度公式求出两个过程的时间,即可得到总时间.
(1)以5 m/s的速度落地相当于从h1高处自由落下
即:2gh1=
v21
所以:h1=
v21
2g=[25/2×10]m=1.25 m.
(2)设直升机悬停位置距地面高度为H,伞兵展伞时,离地面的高度至少为h,此时速度为v0,着地时,速度为v1,在匀减速运动阶段,
有:v
21-
v20=-2ah,
即:52-
v20=-2×12.5×h
在自由落体运动阶段,有:
v20=2g(H-h)
即:
v20=2×10×(224-h)
联立解得:h=99 m,v0=50 m/s
(3)设伞兵在空中的最短时间为t,则在自由落体运动阶段,有:v0=gt1,
解得:t1=
v0
g=[50/10] s=5 s,
在匀减速运动阶段,有:
t2=
v1−v0
a=[5−50/−12.5] s=3.6 s,
故所求时间:t=t1+t2=(5+3.6)s=8.6 s.
答:(1)落地时相当于从1.25 m高处自由落下;
(2)伞兵展伞时,离地面的高度至少为99m;
(3)伞兵在空中的最短时间为8.6 s.
点评:
本题考点: 自由落体运动;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题涉及两个过程的运动学问题,既要单独研究两个过程,更要抓住它们之间的联系:比如位移关系、速度关系等等.