Question

16．在一次低空跳傘演練中，當直升飛機懸停在離地面224m高處時，傘兵離開飛機做自由落體運動．運動一段時間后，打開降落傘，展傘后傘兵以12.5m/s²的加速度勻減速下降．為了傘兵的安全，要求傘兵落地速度大小最大不得超過5m/s，取g=10m/s²，求：
（1）傘兵展傘時，離地面的高度至少為多少？
（2）著地時相當于從多高處自由落下？
（3）若傘兵的落地速度為5m/s，傘兵在空中的總時間為多少？

Answer 1

分析 （1）整個過程中，傘兵先做自由落體運動，后做勻減速運動，總位移大小等于224m．設傘兵展傘時，離地面的高度至少為h，此時速度為v₀，先研究勻減速過程，由速度-位移關系式，得到v₀與h的關系式，再研究自由落體過程，也得到一個v₀與h的關系式，聯(lián)立求解．
（2）由（1）求出v₀，由速度公式求出兩個過程的時間，即可得到總時間．

解答 解：（1）設傘兵展傘時，離地面的高度至少為h，此時速度為v₀，
則：
對于勻減速運動過程，有 v²-${v}_{0}^{2}$=-2ah，
即5²-${v}_{0}^{2}$=-2×12.5×h
對于自由下落過程，有${v}_{0}^{2}$=2g（224-h）=2×10×（224-h）
聯(lián)立解得h=99 m，v₀=50 m/s
（2）以5m/s的速度落地相當于從h₁高處自由落下，
即2gh₁=v²　
所以h₁=$\frac{{v}^{2}}{2g}$=$\frac{{5}^{2}}{20}$ m=1.25 m．
（3）設傘兵在空中的最短時間為t，
則有v₀=gt₁，
t₁=$\frac{{v}_{0}}{g}$=$\frac{50}{10}$ s=5 s，
t₂=$\frac{v-{v}_{0}}{a}$=$\frac{5-50}{-12.5}$s=3.6 s，
故所求時間t=t₁+t₂=（5+3.6）s=8.6 s．
答：（1）傘兵展傘時，離地面的高度至少為99m，
（2）著地時相當于從1.25m高處自由落下．
（2）傘兵在空中的最短時間為8.6s

點評 本題涉及兩個過程的運動學問題，既要單獨研究兩個過程，更要抓住它們之間的聯(lián)系：比如位移關系、速度關系等等．