Question

2008年2月22日,2008年跳水世界杯在“水立方”展開第四日角逐。在男子雙人十米臺決賽中，中國組合林躍/火亮優(yōu)勢明顯，最終以總分482.46分成功折桂，幫助中國隊奪得第五枚金牌。如圖甲是林躍/火亮在跳臺上騰空而起的英姿。中國組合林躍/火亮站在距水面10m高的跳臺跳板上的最邊緣端，他們的重心離跳板板面的高度大約為1m，當(dāng)他們騰空躍起后其重心離跳板板面最大高度為2m，下降到手觸及水面時伸直雙臂做一個翻掌壓水花的動作,如圖乙所示，這時他們的重心離水面大約為1m。(g取10m/s²,保留三位有效數(shù)字)

(1)請問運(yùn)動員在空中是依靠什么力來完成各種難度較大動作的?這些力相互作用力對運(yùn)動員的整體運(yùn)動過程有影響嗎?為什么?請試探究性回答；

(2)不計空氣阻力，試估算從躍起到手觸及水面的過程中運(yùn)動員完成一系列動作可利用的時間多長；

(3)忽略運(yùn)動員進(jìn)入水面過程中受力的變化，入水后，運(yùn)動員的重心能下沉到離水面約2.2m處，試估算水對運(yùn)動員的平均阻力約是運(yùn)動員自身重力的幾倍。

Answer 1

（1）通過肌肉收縮或舒展，產(chǎn)生的內(nèi)力作用，完成各種高難度的動作。力的作用是相互的，所有內(nèi)力的合力等于零，運(yùn)動員只受重力作用，因此，這些內(nèi)力對運(yùn)動的整體運(yùn)動沒有影響。 

（2）運(yùn)動員要完成一系列動作可利用的時間為

（3）

解析:

本題重點考查將實際問題轉(zhuǎn)化為所學(xué)的物理模型，考查豎直上拋運(yùn)動規(guī)律及研究方法，動能定理的應(yīng)用。

(1)通過肌肉收縮或舒展，產(chǎn)生的內(nèi)力作用，完成各種高難度的動作。力的作用是相互的，所有內(nèi)力的合力等于零，運(yùn)動員只受重力作用，因此，這些內(nèi)力對運(yùn)動的整體運(yùn)動沒有影響。     ①

(2)運(yùn)動員在空中的運(yùn)動可等效為豎直上拋運(yùn)動。

運(yùn)動員從躍起升到最高處，重心升高了　　　　　　　　　　　　　　　�、�

這個過程可逆向看做自由落體運(yùn)動，因此此過程歷時　　　　③

運(yùn)動員從最高處自由下落到手觸及水面的過程中下落的高度為�、�

這個過程歷時　　　　　　　　　　　　　　�、�

故運(yùn)動員要完成一系列動作可利用的時間為　　　　　　　 ⑥

(3)運(yùn)動員手觸及水面到她的重心下沉到離水面約2.2m處所經(jīng)歷的位移為

　　　　　　　　　　　　　　　　　　�、�

手觸及水面時瞬時速度為　　　　　　　　　　　　　　　　　　�、�

因此，從手觸及水面到重心下沉2.2m的過程中，由動能定理可得

　　　⑨

故可得，因此　　　　　　　　　　　　　　�、�

或者將整個過程作為研究對象，由功能定義

，

動能定理得：

故可得，因此