• 匀变速直线运动的位移与速度的关系
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简答题

如图所示,一辆卡车以20m/s的速度在平直公路上行驶,突然发现前方停有一辆小轿车,卡车立即紧急刹车,急刹车时加速度的大小是5m/s2,假设卡车在紧急刹车过程中做匀减速直线运动.求:

(1)若要卡车不碰撞小轿车,则卡车开始刹车时,与小轿车的最小距离;

(2)卡车在情况(1)的紧急刹车过程中,平均速度大小.

正确答案

(1)根据匀变速直线运动规律:vt2-v02=2ax,且卡车做减速运动.

卡车开始刹车时,与小轿车的最小距离,即:卡车碰到小轿车时,刚好停止运动.

由于vt=0,所以最小距离为:x== m=40 m  

(2)根据匀变速直线运动规律:vt=v0+at,且卡车做减速运动.

由于vt=0,卡车在情况(1)的紧急刹车过程中,所用的时间为:t== s=4 s 

紧急刹车过程中,平均速度大小:== m/s=10 m/s.

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某型号的舰载飞机在航空母舰上的跑道上加速时,发动机产生的最大加速度为5 m/s2,所需的起飞速度为50 m/s,跑道长100 m。

(1)通过计算判断,飞机能否靠自身的发动机从舰上起飞?

(2)为了使飞机在开始起飞时就有一定的初速度,航空母舰必须装有弹射系统。对于该型号的飞机,弹射系统必须是它具有多大的初速度才能使其安全起飞?(已知

正确答案

解:(1)假设需要跑道长为S,∵

∴S==250m

所以飞机不能靠自身的发动机起飞

(2)∵

=1500

∴v0≈38.7m/s

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一司机驾车在田野上奔驰,某时刻司机突然发现车前方不远处有一横沟,不计司机的反应时间,设地面与车轮间的动摩擦因数一定,为了安全司机采用急刹车好还是急转弯好?

正确答案

解:急刹车好。设车轮与地面间的动摩擦因数为,原车速为,刹车时

滑行距离为

若急转弯,靠摩擦力提供向心力,有

故急刹车安全

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某种类型的飞机起飞滑行时,从静止开始做匀加速运动,加速度大小为40m/s2,飞机达到起飞速度80m/s时,突然接到命令停止起飞,飞行员立即使飞机紧急制动,飞机做匀减速直线运动,加速度的大小为5.0m/s2,请你为该类型的飞机设计一条跑道,使在这种特殊的情况下飞机停止起飞而不滑出跑道,你设计的跑道长度至少要多少米?

正确答案

1440m

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如图所示,在距地面高为H=45m处,有一小球A以初速度v0=10m/s水平抛出,与此同时,在A的正下方有一物块B也以相同的初速度v0同方向滑出,B与地面间的动摩擦因数为μ=0.5,A、B均可看做质点,空气阻力不计,重力加速度g取10m/s2,求:

(1)A球从抛出到落地的时间和这段时间内的水平位移;

(2)A球落地时,A、B之间的距离.

正确答案

(1)A球做的是平抛运动,由平抛运动的规律得

水平方向上:x=V0t    

竖直方向上:H=gt2      

由以上两个方程可以解得,

x=30m,

t=3s,

(2)对B物块,由牛顿第二定律可得,μmg=ma,所以a=μg=5m/s2

减速至停止所需要的时间为t′==2s<3s,

所以在A落地之前B已经停止运动,B的总位移为,

xB==10m,

所以AB间的距离为△x=x-xB=20m.

答:(1)A球从抛出到落地的时间是3s,这段时间内的水平位移是30m;

(2)A球落地时,A、B之间的距离是20m.

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磕头虫是一种不用足跳但又善于跳高的小甲虫。当它腹朝天、背朝地躺在地面上时,将头用力向后仰,拱起体背,在身下形成一个三角形空区,然后猛然收缩体内背纵肌,使重心迅速向下加速,背部猛烈撞击地面,地面反作用力便将其弹向空中。弹射录像显示,磕头虫拱背后重心向下加速(视为匀加速)的距离大约为h1=0.8 mm,弹射最大高度为h2=24 cm。而人原地起跳方式是先屈腿下蹲,然后突然蹬地向上加速,假想人的加速度与磕头虫加速过程的加速度大小相等,如果加速过程(视为匀加速)重心上升高度为H1=0.4 m,求人离地后重心上升的最大高度H2。(空气阻力不计,设磕头虫撞击地面和弹起的速率相等)

正确答案

解:设磕头虫加速下降的加速度大小为a,弹起时的速率为v1,则有

v12=2ah1

v12=2gh2

设人离地时的速率为v2,则有

v22=2aH1

v22=2gH2

解得:H2=120 m

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一架飞机着陆时的速度大小为60m/s,着陆后以6m/s2大小的加速度做匀减速直线运动,求:

(1)它着陆后滑行225m时的速度大小;

(2)它着陆后12s内滑行的位移大小。

正确答案

解:(1)以初速度方向为正方向,则有a=-6m/s2

由v2-v02=2as,可得v=30m/s

(2)飞机在地面滑行最长时间

所以飞机12s内滑行的位移为10s内滑行的位移

由v2-v02=2as,可得

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某型号的舰载飞机在航空母舰上的跑道上加速时,发动机产生的最大加速度为5 m/s2,所需的起飞速度为50 m/s,跑道长100 m 。

(1)通过计算判断,飞机能否靠自身的发动机从舰上起飞?

(2)为使飞机在开始滑行时就有一定的初速度,航空母舰装有弹射装置。对于该型号的舰载飞机,弹射系统必须使它具有多大的初速度?

正确答案

解:(1)飞机自身从舰上起飞,设飞机获得的末速度为vt,据

由于,所以不能起飞

(2)设弹射装置使舰载飞机的初速度v0,据

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如图所示,一块磁铁放在固定铁板ABC上的A处,其中AB和BC的长度均为lm,BC与水平面间的夹角为37°,磁铁与铁板间的磁力为磁铁重力的0.1倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数为0.2.现给磁铁一个水平向右、大小为3m/s的初速度,不计磁铁经过B处转向时的机械能损失.求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2

(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;

(3)请通过计算判断磁铁最终能否再次回到A点.

正确答案

(1)磁铁在AB上运动时,根据牛顿第二定律,有:-μ(mg+F)=ma1    

解得a1=-2.2m/s2

根据速度位移关系公式,有:υB202=2a1s1

可解得υB=m/s=2.14 m/s

(2)根据牛顿第二定律,有:mgsin37°+μ(mg cos37°+F)=ma2

可解得a2=7.8m/s2

(3)设磁铁沿BC能向上滑行的最大距离为s2

s2==m=0.29m

磁铁沿BC向下滑行时的加速度a3=gsin37°-μ(g cos37°+0.1 g)=4.2m/s2

再次回到B点的速度υB2=2a3s2=2×4.2×0.29(m/s)2=2.44(m/s)2

沿AB面能滑行的最大距离s3==0.55m<1m,所以不能回到A点;

答:(1)磁铁第一次到达B处的速度大小为2.14m/s;

(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小为7.8m/s2

(3)铁最终不能再次回到A点.

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驾驶员手册规定:具有良好刹车性能的汽车以80km/h的速率行驶时,从操纵刹车到最终停止运动的距离为56m,在以48 km/h的速率行驶时,从操纵刹车到最终停止运动的距离为24m。假设对于两种速率,驾驶员所允许的反应时间(在反应时间内驾驶员来不及使用刹车,车速不变)与刹车的负加速度都相同,则允许驾驶员的反应时间为多少?

正确答案

解:设驾驶员反应时间为t,刹车距离为x,刹车后加速度大小为a

由题意得

将两种情况的条件代入:

解得t=0.72s

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