Question

【題目】如圖所示，甲為操場上一質量不計的豎直滑竿，滑竿上端固定，下端懸空，為了研究學生沿竿下滑的情況，在竿的頂部裝有一拉力傳感器，可顯示竿的頂端所受拉力的大小。現有一學生手握滑竿，從竿的上端由靜止開始下滑，下滑5s后這個學生的下滑速度為零，并用手緊握住滑竿保持靜止不動。以這個學生開始下滑時刻為計時起點，傳感器顯示的力隨時間變化的情況如圖乙所示。求：

（1）該學生下滑過程中的最大速度；

（2）5s內該學生下滑的距離。

Answer 1

【答案】（1）因為桿頂端所受拉力大小與桿對這名學生拉力的大小相等，所以傳感器顯示的力大小即為桿對這名學生的拉力。

由圖像可知，0~1s內，桿對學生的拉力F1=380N；第5s后，桿內學生的拉力F3=500N，此時學生處于靜止狀態。設學生在0~1s內的加速度為a，取向下為正方向，由牛頓第二定律知，在0~1s內：①

第5s后：②

由①②可解得： a=2.4m/s2

可知，這名學生在下滑的第1秒內做勻加速直線運動。而由圖像可知，第1~5s內，桿對學生的拉力F2>mg，加速度方向豎直向上，學生做勻減速直線運動，所以

第1s末，這名學生達到最大速度

="2.4m/s " 4分

（2）設這名學生第1s內加速下滑的距離為x1，第1~5s內減速下滑的距離為x2，則有

所以5s內該學生下滑的距離="6.0m " 4分

【解析】試題（1）因為桿頂端所受拉力大小與桿對這名學生拉力的大小相等，所以傳感器顯示的力大小即為桿對這名學生的拉力．

由圖象可知，0～1s內，桿對學生的拉力F1=380N；第5s后，桿內學生的拉力F3=500N，此時學生處于靜止狀態．

設學生在0～1s內的加速度為a，取向下為正方向，由牛頓第二定律知，

在0～1s內：mg-F1=ma…①

第5s后：mg-F3=0…②

由①②可解得：a=2．4m/s2

可知，這名學生在下滑的第1秒內做勻加速直線運動．而由圖象可知，第1～5s內，桿對學生的拉力F2＞mg，加速度方向豎直向上，學生做勻減速直線運動，所以第1s末，這名學生達到最大速度v=at=2．4m/s

（2）設這名學生第1s內加速下滑的距離為x1，第1～5s內減速下滑的距離為x2，則有

所以5s內該學生下滑的距離x=x1+x2=6．0m