一空间探测器从某一星球表面竖直升空,假设探测器质量恒为1500kg,发动机推动力F为恒力,若探测器升空过程中发动机突然关闭,其速度随时间的变化情况如图所示,图线上A、B、C三点对应的时刻分别为9s、25s和45s.已知该星球表面没有空气.试求:
(1)求探测器在该星球表面达到的最大高度H;
(2)求该星球表面的重力加速度;
(3)求发动机的推动力F大小.
分析:由速度与时间图象可发现:宇宙空间探测器前9S内向上做匀加速直线运动,9S到25S向上做匀减速直线运动,以后回头做自由落体运动.则探测器上升的最大高度是在25S.
星球表面的重力加速度,则是探测器做自由落体的加速度.所以图象中的9S后的斜率大小就是重力加速度的值.
在前9S内向上做匀加速直线运动阶段,现根据图象的斜率求出上升的加速度,再运用牛顿第二定律,即可计算出发动机的推动力F大.
解答:解:(1)v-t图象包围的面积表示位移.由图象可知,在25秒末探测器达到最大高度
H=
64×25
2
=800m
(2)AB段是探测器到达最高点后做自由落体运动.所以AB直线的加速度为该星球的重力加速度,其斜率表示加速度.
g=
64
25-9
=4m/s2
(3)0A段是探测器竖直上升阶段.斜率表示上升的加速度,a1=
64
9
m/s2

根据牛顿第二定律:F-mg=ma1
所以F=m(a1+g)=1500×(
64
9
+4)N
=1.67×104N.
答:(1)探测器在该星球表面达到的最大高度H为800m;
(2)该星球表面的重力加速度为4m/s2
(3)发动机的推动力F大小为1.67×104N.
点评:学会从图象中寻找信息,速度与时间图象:斜率大小即为加速度大小,斜率正负表示加速度的方向,是匀加速还是匀减速,哪部分面积表示位移的大小.
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