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试卷云
在2024年的巴黎奥运会中,我国小将全红婵力压群芳,取得了女子10米跳台比赛的冠军。假设全红婵的质量为m = 50 kg,其体型可等效为长度l = 1 m、底面积S = 0.06 m2的圆柱体,不计空气阻力,当她起跳到达最高点时,她的重心离跳台表面的高度为0.8 m。
(1)求全红婵起跳瞬间的速度大小;
(2)全红婵落水后将受到水的浮力。若以落水点为坐标原点,竖直向下为正方向建立x轴,请在答题纸给出的坐标上画出她所受浮力F的大小随落水深度x变化的函数关系图像(已知物体在水中所受浮力为F = ρgV,V为物体所排开的水的体积);
(3)若全红婵从跳台自由下落,忽略空气阻力和她入水后受到的水的阻力,为了确保她的安全,求水池中水的深度h至少应等于多少?(水的密度ρ = 1.0 × 103 kg/m3,g = 10 m/s2)。
【答案】(1)
(2)
(3)53 m
【知识点】自由落体运动的三个基本公式、用动能定理求解外力做功和初末速度
【详解】(1)设全红婵起跳瞬间的速度大小v0,则
解得
(2)向上为正,由浮力概念可得
(x ≤ 1 m)
(x > 1 m)
图像如图
(3)为保证安全,则运动员到达水底时速度恰减为零,则由能量关系
其中
可得