• 匀变速直线运动的位移与速度的关系
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题型:简答题
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简答题

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

×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.

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简答题

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 =v  t=4×1=4m,

汽车关闭油门时离自行车的距离 s=s -s =7-4=3m.

答:关闭油门时汽车离自行车3m.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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,即:

v=v

因为甲车做匀变速运动,则:

v=v甲0+at1 

得:t1==s=6s  

乙车前进的距离为:

 x=vt1=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-x=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=x+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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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.

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简答题

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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