(15 分)航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器,其质量 m…——2009 高考物理第 13 题答案解析

2009_江苏卷

2009 江苏 第 13 题 解答题 区分题
2009_江苏卷

13.(15 分)航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器,其质量 $\mathrm { m } { = } 2 \mathrm { k g }$ ,动力系统提供的恒定升力 $\mathrm { F } { = } 2 8 \mathrm { N }$ .试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升.设飞行器飞行时所受的阻力大小不变,g 取 $1 0 \mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$

(1)第一次试飞,飞行器飞行 $\mathrm { t } _ { 1 } = 8 \mathrm { s }$ 时到达高度 $_ { \mathrm { H } } { = } 6 4 \mathrm { m }$ .求飞行器所阻力f的大小;

(2)第二次试飞,飞行器飞行 $\mathrm { t } _ { 2 } = 6 \mathrm { s }$ 时遥控器出现故障,飞行器立即失去升力.求飞行器能达到的最大高度h;

(3)为了使飞行器不致坠落到地面,求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间 $\mathbf { t } _ { 3 }$

参考答案

见解析

查看原卷 →
题目指纹

这道题真正考什么?

难度
区分题

完整解析 · 逐步详解

【考点】1G:匀变速直线运动规律的综合运用;37:牛顿第二定律

【分析】(1)第一次试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升做匀加速直线运动,根据位移时间公式可求出加速度,再根据牛顿第二定律就可以求出阻力f的大小;

(2)失去升力飞行器受重力和阻力作用做匀减速直线运动,当速度减为0时,高度最高,等于失去升力前的位移加上失去升力后的位移之和;

(3)求飞行器从开始下落时做匀加速直线运动,恢复升力后做匀减速直线运动,为了使飞行器不致坠落到地面,到达地面时速度恰好为0,根据牛顿第二定律以及运动学基本公式即可求得飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间 $\mathbf { t } _ { 3 }$

【解答】解:(1)第一次飞行中,设加速度为 ${ \bf a } _ { 1 }$

匀加速运动 $H = \frac { 1 } { 2 } a _ { 1 } t _ { 1 } ^ { 2 }$

由牛顿第二定律 $\mathrm { F } \mathrm { ~ - ~ } \mathrm { m g } \mathrm { ~ - ~ } \mathrm { f } { = } \mathrm { m a } _ { 1 }$

解得 f=4N

(2)第二次飞行中,设失去升力时的速度为 $\mathbf { v } _ { 1 }$ ,上升的高度为 $\mathbf { s } _ { 1 }$

匀加速运动 $s _ { 1 } = \frac { 1 } { 2 } a _ { 1 } t _ { 2 } ^ { 2 }$

设失去升力后的加速度为 ${ \bf a } _ { 2 }$ ,上升的高度为 ${ \bf s } _ { 2 }$

由牛顿第二定律 $\mathrm { \ m g + f = m a _ { 2 } v _ { 1 } = a _ { 1 } t _ { 2 } \ } s _ { 2 } = \mathrm { \frac { \ v _ { 1 } ^ { 2 } } { 2 a _ { 2 } } }$

解得 $\mathrm { h } { = } \mathrm { s } _ { 1 } { + } \mathrm { s } _ { 2 } { = } 4 2 \mathrm { m }$

> ③设失去升力下降阶段加速度为 ${ \bf a } _ { 3 } ;$ ;恢复升力后加速度为 ${ \bf a } _ { 4 }$ ,恢复升力时速度为 $\mathbf { v } _ { 3 }$ 由牛顿第二定律 $\mathrm { m g \mathrm { ~ - ~ } f { = } m a _ { 3 } }$

$$ \mathrm { F + f \mathrm { - } \ m g = m a _ { 4 } } $$

且 $\frac { v _ { 3 } ^ { 2 } } { 2 \alpha _ { 3 } } + \frac { v _ { 3 } ^ { 2 } } { 2 \alpha _ { 4 } } = h$

V<sub>3=</sub>a<sub>3</sub>t<sub>3</sub>

解得 $\mathrm { t } _ { 3 } { = } \frac { 3 \sqrt { 2 } } { 2 } \mathrm { s }$ (或 2.1s)

答:(1)飞行器所阻力 f 的大小为 4N;

(2)第二次试飞,飞行器飞行 $\mathrm { t } _ { 2 } = 6 \mathrm { s }$ 时遥控器出现故障,飞行器立即失去升力,飞行器能达到的最大高度h为42m;

(3)为了使飞行器不致坠落到地面,飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间为

$$ { \frac { 3 { \sqrt { 2 } } } { 2 } } \mathbf { s } . $$

【点评】本题的关键是对飞行器的受力分析以及运动情况的分析,结合牛顿第二定律和运动学基本公式求解,本题难度适中

✅ 来源:2009年 · 江苏 · 2009_江苏卷 · 第 13 题 · 本题已通过全部自动发布校验

同类专题与考点

返回上层