- 匀变速直线运动的位移与速度的关系
- 共1087题
一自行车以6m/s的速度沿平直的公路匀速运动,一小汽车从静止开始与自行车同向做匀加速运动,加速度大小为3m/s2;汽车开始运动时,自行车恰好与汽车车头相齐.求:
(1)汽车追上自行车之前经多长时间两者相距最远?最远距离是多少?
(2)汽车经过多长时间追上自行车?此时汽车的速度是多少?
正确答案
(1)因汽车做匀加速运动,速度从0开始增加,开始时自行车在汽车的前头,当汽车的速度小于自行车的速度时,两者的距离便不断增大;当汽车的速度大于自行车的速度时,两者距离减小;当两者速度相等时,距离最大.
设相距最远的时间为t,则有:t==
s=2s
由x=at2得 汽车的位移为:x=
×3×22m=6m
自行车的位移:x'=vt=6×2=12m
两者的最大距离:xm=x'-x=6m
(2)设汽车经过ts追上自行车,由位移相等,得:
at2=vt
即×3×t2=6t
解得:t=4s
此时汽车的速度为:v=at=3×4m/s=12m/s
答:
(1)汽车追上自行车之前经2s时间两者相距最远,最远距离是6m.
(2)汽车经过4s时间追上自行车,此时汽车的速度是12m/s.
汽车正以 10m/s 的速度在平直公路上前进,突然发现正前方有一辆自行车以 4m/s 的速 度做同方向的匀速直线运动,汽车立即关闭油门做加速度大小为 6m/s2 的匀减速运动,汽车恰好不碰上自行车,求关闭油门时汽车离自行车多远?
正确答案
汽车减速到 4m/s 时发生的位移和运动的时间
s汽==
=7m
t==
s=1s.
这段时间内自行车发生的位移 s 自=v 自 t=4×1=4m,
汽车关闭油门时离自行车的距离 s=s 汽-s 自=7-4=3m.
答:关闭油门时汽车离自行车3m.
一辆汽车在公路上做匀加速直线运动,测得第3s内的位移为6m,第4s内的位移为8m,求:
(1)汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度;
(2)汽车做匀加速直线运动的加速度;
(3)汽车做匀加速直线运动的初速度;
(4)汽车在前4s内的位移.
正确答案
(1)=
=
=7m/s;
故汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度为7m/s.
(2)由△x=aT2,得
汽车的加速度为a==
=2m/s2;
故汽车匀加速直线运动的加速度为2m/s2.
(3)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,由(1)得汽车在第3s末的速度为v3=7m/s.
∴汽车的初速度为v0=v3-at3=(7-2×3)m/s=1m/s;
故汽车匀加速直线运动的初速度为1m/s.
(4)X4=v0t+at2=1×4+
×2×42=20m.
故汽车在前4s内的位移为20m.
一物体以一定的初速度冲上一倾角为θ的斜面,结果最后静止在斜面上,如图所示,在第1s内位移为6m,停止运动前的最后1s内位移为2m,求:
(1)在整个减速运动过程中质点的位移大小;
(2)整个减速过程共用多少时间.
正确答案
(1)(8分)设质点做匀减速运动的加速度大小为a,初速度为v0.
由于质点停止运动前的最后1s内位移为2m,则
x2=at 22,所以a=
=
m/s2=4m/s2
质点在第1s内位移为6m,x1=v0t1-at2,
所以v0==
m/s=8 m/s.
在整个减速运动过程中质点的位移大小为:
x==
m=8 m.
(2)对整个过程逆向考虑
x=at2,所以t=
=
s=2 s.
答:(1)在整个减速运动过程中质点的位移大小为8m;
(2)整个减速过程共用2s时间.
跳伞运动员做低空跳伞表演,他离开飞机后先做自由落体运动,当距离地面 125m时打开降落伞,伞张开后运动员就以14.3m/s2的加速度做匀减速运动,到达地面时速度为5m/s,g=10m/s2.问:
(1)降落伞打开时运动员下落的速度为多少?
(2)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?
正确答案
(1)运动员打开降落伞时速度设为v0,由位移速度关系式:
-2ah=v2-v02
得:v0==60m/s
(2)运动员自由下落高度设为h0,则由:
2gh0=v02
得:h0==180m
运动员离开飞机时距地面的高度:
H=h0+h=305m
答:(1)运动员打开降落伞时的速度为60m/s;
(2)运动员离开飞机时距地面的高度为305m.
甲车在前以15m/s的速度匀速行驶,乙车在后以9m/s的速度行驶.当两车相距32m时,甲车开始刹车,加速度大小为1m/s2.问
(1)两车间相遇前的最大距离
(2)经多少时间乙车可追上甲车?
正确答案
(1)两车距离最大时乙车的速度与甲车的速度相等,设此时甲车的速度为:v甲,即:
v甲=v乙
因为甲车做匀变速运动,则:
v甲=v甲0+at1
得:t1==
s=6s
乙车前进的距离为:
x乙=v乙t1=9×6m=54m
甲车前进的距离为:
x甲=•t=
×6m=72m
所以两车的最大距离为:
△xm=L+x甲-x乙=32+72-54=50m
得:△xm=50m
(2)设经过时间t追上.依题意:
v甲t-at2+L=v乙t
15t-+32=9t
得t=16s和t=-4s(舍去)
甲车刹车的时间:t ′==15s
显然,甲车停止后乙再追上甲.
甲车刹车的位移:
x甲==
m=112.5m
乙车的总位移:
x乙=x甲+32=144.5m
t==
s=16.06s
答:(1)两车间相遇前的最大距离为50m.
(2)经16.06s乙车追上甲车.
一木箱放在平板车的中部,距平板车的后端、驾驶室后端均为L=1.5m,如图所示处于静止状态,木箱与平板车之间的动摩擦因数为μ=0.5,现使汽车以a1=6m/s2的加速度匀加速启动,速度达到v=6m/s后接着做匀速直线运动,运动一段时间后匀加速刹车求:
(1)当木箱与平板车的速度都达到v=6m/s时,木箱在平板车上的位置;
(2)刹车时为保证木箱不会撞到驾驶室,刹车时时间t'至少应为多少?(g=10m/s2)
正确答案
(1)设加速运动时木箱的最大加速度为am,
则有 μmg=mam
解得 am=μg=5m/s2
由v=at1得,t1==
s=1s,即经过t1=1s时车的速度达到6m/s,而此时木箱的速度为v2=amt1=5m/s
木箱还需要加速t2==
s=0.2s才能与车一起匀速运动,这一过程车总共前进 s1=
a
+vt2=4.2m
木箱前进 s2=am(t1+t2)2=3.6m
则木箱相对车后退△s=s1-s2=0.6m.故木箱离车后端0.9m.
(2)刹车时木箱离驾驶室s=2.1m,设木箱至少要前进s3距离才能停下,则
s3==3.6m
汽车刹车时间为t′,则s3-t′=s
解得,t′=0.5s
答:
(1)当木箱与平板车的速度都达到v=6m/s时,木箱在平板车上离后端0.9m处;
(2)刹车时为保证木箱不会撞到驾驶室,刹车时时间t'至少应为0.5s.
某有雾天气下,能见度为x=48m.若汽车刹车时加速度为a=-6m/s2(运动方向为正方向),为避免与前方停在路中的故障车相撞.
(1)若不考虑司机的反应时间,汽车最多可以多大速度行驶?
(2)若汽车以18m/s行驶,刹车的加速度仍为a=-6m/s2,则司机的反应时间最多为多少秒?
正确答案
(1)假设汽车以最大速度行驶Vm,只要能保证在48m内刹住车即可,此题已知加速度a=-6m/s2、位移x=48m、末速度为零,
由位移速度关系式得:0-Vm2=2ax
解得:Vm=m/s=24m/s
所以汽车最多可以24m/s速度行驶.
(2)若汽车以v=18m/s行驶,刹车的加速度仍为a=-6m/s2,
则汽车停止过程由位移时间关系式得:0-v2=2ax2解得:x2=27m
所以司机可以在反应时间内匀速前进的距离不能超过x3=48m-27m=21m
即:x3=vt
解得:t=s,即司机的反应时间不能超过
s.
答:(1)若不考虑司机的反应时间,汽车最多可以24m/s速度行驶
(2)若汽车以18m/s行驶,刹车的加速度仍为a=-6m/s2,则司机的反应时间最多为秒.
消防队员为缩短下楼的时间,往往抱着竖直的杆直接滑下.假设一名质量为60kg、训练有素的消防队员从七楼(即离地面18m的高度)抱着竖直的杆以最短的时间滑下.已知杆的质量为200kg,消防队员着地的速度不能大于6m/s,手和腿对杆的最大压力为1 800N,手和腿与杆之间的动摩擦因数为0.5,设当地的重力加速度g=10m/s2.假设杆是固定在地面上的,杆在水平方向不移动.试求:
(1)消防队员下滑过程中的最大速度;
(2)消防队员下滑过程中杆对地面的最大压力;
(3)消防队员下滑的最短的时间.
正确答案
(1)消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度vm,
有2gh1=vm2.
消防队员受到的滑动摩擦力
Ff=μFN=0.5×1 800 N=900 N.
减速阶段的加速度大小:
a2==5 m/s2
减速过程的位移为h2,由vm2-v′2=2a2h2 v′=6m/s
又h=h1+h2
以上各式联立可得:vm=12 m/s.
答:消防队员下滑过程中的最大速度为12m/s.
(2)以杆为研究对象得:
FN=Mg+Ff=2 900 N.
根据牛顿第三定律得,杆对地面的最大压力为2 900 N.
答:杆对地面的最大压力为2 900 N.
(3)最短时间为
tmin=+
=2.4 s.
答:消防队员下滑的最短的时间为2.4s.
如图甲所示,小球A从水平地面上P点的正上方h=1.8m处自由释放,与此同时,在P点左侧水平地面上的物体B在水平拉力的作用下从静止开始向右运动,B运动的v-t图象如图乙所示,已知B物体的质量为2kg,且AB两物体均可看做质点,不考虑A球的反弹,g取10m/s2.求:
(1)小球A下落至地面所需的时间t;
(2)要使AB两物体能够同时到达P点,求物体B的初始位置与P点的距离S;
(3)若作用在物体B上的水平拉力F=20N,求物体与地面之间的动摩擦因数μ.
正确答案
(1)由题意可知,h=gt2
解得:t=0.6s
(2)由图可知,物体做匀加速运动,a==
=8m/s2
由S=at2可得:
S=1.44m
(3)由F-μmg=ma可得:
μ=0.2.
答:(1)小球A下落至地面所需的时间t为0.6s;
(2)物体B的初始位置与P点的距离S为1.44m;
(3)物体与地面之间的动摩擦因数μ为0.2.
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