Question

撐桿跳高是一項技術性很強的體育運動，完整的過程可以簡化成三個階段：持桿助跑、撐桿起跳上升、越桿下落．在第二十九屆北京奧運會比賽中，身高1.74m的俄羅斯女運動員伊辛巴耶娃以5.05m的成績打破世界紀錄．設伊辛巴耶娃從靜止開始以加速度a=1.0m/s²勻加速助跑，速度達到v=8.0m/s時撐桿起跳，使重心升高h₁=4.20m后越過橫桿，過桿時的速度不計，過桿后做自由落體運動，重心下降h₂=4.05m時身體接觸軟墊，從接觸軟墊到速度減為零的時間t=0.90s．已知伊辛巴耶娃的質量m=65kg，重力加速度g取10m/s²，不計撐桿的質量和空氣的阻力．求：
（1）伊辛巴耶娃起跳前的助跑距離；
（2）伊辛巴耶娃在撐桿起跳上升階段至少要做的功；
（3）在伊辛巴耶娃接觸軟墊到速度減為零的過程中，軟墊對運動員平均作用力的大小．

Answer 1

【答案】分析：根據勻加速運動的公式求出位移．
起跳上升階段，撐桿對人的力是一個變力，對于變力做功我們應該選用動能定理求解．
在伊辛巴耶娃接觸軟墊到速度減為零的過程中，我們可以近似看成是勻減速直線運動，
已知運動情況求力，我們運用牛頓第二定律進行求解．
解答：解：（1）助跑過程中，運動員做勻加速運動：
v²=2ax     

（2）起跳階段至少做功：W-mgh₁=0-
W=mgh₁-=650J
（3）過桿后自由下落：
接觸軟墊后可近似認為勻減速下降：．
由牛頓第二定律有：F-mg=ma′；
 則F=m（g+a′）=1300N
答：（1）伊辛巴耶娃起跳前的助跑距離是32m
（2）伊辛巴耶娃在撐桿起跳上升階段至少要做的功是650J
（3）在伊辛巴耶娃接觸軟墊到速度減為零的過程中，軟墊對運動員平均作用力的大小是1300N．
點評：了解研究對象的運動過程是解決問題的前提，根據題目已知條件和求解的物理量選擇物理規律解決問題．
選取研究過程，運用動能定理解題．動能定理的優點在于適用任何運動包括曲線運動．
動能定理的應用范圍很廣，可以求速度、力、功等物理量，特別是可以去求變力功．