- 匀变速直线运动的位移与速度的关系
- 共1087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125 m时打开降落伞,伞张开后运动员就以14.3 m/s2的加速度做匀减速运动,到达地面时速度为5 m/s,问运动员离开飞机时距地面的高度为多少?
正确答案
解:运动员打开伞后做匀减速运动,由v22-v12=2as2
可求得运动员打开伞时的速度为v1=60 m/s
运动员自由下落距离为s1=v12/2g=180 m
运动员离开飞机时距地面高度为s=s1+s2=305 m
如图所示,图线表示作用在做直线运动的物体上的合外力与物体运动距离的对应关系,物体质量1kg,开始时处于静止状态,则当物体在外力的作用下,运动30m的过程中,合外力对物体做的功为______ J,物体末速度为______m/s.
正确答案
在20m内,合力做功W1=Fx1=8×20J=160J,在20m到30m内,合力做功W2=F′x2=4×10J=40J
所以整个过程合外力做功W=160+40J=200J.
由动能定理可知,W=mv2-0,
解得:v=20m/s
故答案为:200;20.
如图所示,足够长的木板质量M=10kg,放置于光滑水平地面上,以初速度v0=5m/s沿水平地面向右匀速运动.现有足够多的小铁块,它们的质量均为m=1kg,在木板上方有一固定挡板,当木板运动到其最右端位于挡板正下方时,将一小铁块贴着挡板无初速度地放在木板上,小铁块与木板的上表面间的动摩擦因数μ=0.5,当木板运动了L=1m时,又无初速地贴着挡板在第1个小铁块上放上第2个小铁块.只要木板运动了L就按同样的方式再放置一个小铁块,直到木板停止运动.(取g=10m/s2)试问:
(1)第1个铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度多大?
(2)最终木板上放有多少个铁块?
(3)最后一个铁块放上后,木板再向右运动的距离是多少?
正确答案
(1)第1个铁块放上后,木板做匀减速运动,
即有:μmg=Ma1,2a1L=v02-v12
代入数据解得:v1=2 m/s.
(2)设最终有n个铁块能放在木板上,则木板运动的加速度大小为:
an=
第1个铁块放上后:2a1L=v02-v12
第2个铁块放上后:2a2L=v12-v22
…
第n个铁块放上后:2anL=-
由上可得:(1+2+3+…+n)•2L=v02-
木板停下时,vn=0,解得n=6.6.
即最终有7个铁块放在木板上.
(3)从放上第1个铁块至刚放上第7个铁块的过程中,由(2)中表达式可得:
•2
L=v02-v62
从放上第7个铁块至木板停止运动的过程中,设木板发生的位移是d,则:
2•d=v02-0
解得:d= m.
答:(1)第1个铁块放上后,木板运动了L时,木板的速度是2 m/s.
(2)最终木板上放有7个铁块.
(3)最后一个铁块放上后,木板再向右运动的距离是m.
如图1所示,一个质量m=0.1kg的正方形金属框总电阻R=0.5Ω,金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB’重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为s,那么v2-s图象(记录了线框运动全部过程)如图2所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上.试问:(g取10m/s2)
(1)根据v2-s图象所提供的信息,计算出金属框在进入磁场区域前下滑的加速度a,及从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少?
(2)匀强磁场的磁感应强度多大?
(3)现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上,使金属框从斜面底端BB′(金属框下边与BB′重合)由静止开始沿斜面向上运动,并匀速通过磁场区域后到达斜面顶端(金属框上边与AA′重合).试计算恒力F的大小.
正确答案
由v2-s图象可知,物体运动分为三段,
设位移分别为 S1,S2,S3对应的时间分别为t1,t2,t3,
S1=0.9m v0=0 匀加速运动
S2=1m v1=3m/s 匀速运动
S3=1.6m 初速度v1=3m/s 末速度v3=5m/s 匀加速运动
(1)S1=0.9m v0=0 匀加速运动
由公式v2=2as
得:a1=5m/s2,
t1==0.6s
t2==
s
v32-v12=2a3S3
解得:a3=5m/s2t3=0.4s
t总=t1+t2+t3=s
(2)线框通过磁场时,线框作匀速运动,线框受力平衡
在AA′a′a区域,对线框进行受力分析
mgsinθ=ma1穿过磁场区域时,
F安=BIL=mgsinθ
BL=ma1
有题干分析得:线框的宽度L=d==0.5m
解得B=T
(3)设恒力作用时金属框上边进入磁场速度为V,根据动能定理得:
FS3-mgS3sinθ=mv2
线框穿过磁场时,F=mgsinθ+BL
又由 mgsinθ=ma1
解得v=m/s,F=
N
答:(1)金属框在进入磁场区域前下滑的加速度a是5m/s2,及从斜面顶端滑至底端所需的时间为s
(2)匀强磁场的磁感应强度是T
(3)恒力F的大小是N.
汽车进站关闭发动机做匀减速直线运动,当滑行S1=300m时,速度恰好减为初速度的一半,接着又滑行了t2=20s才停止,求
(1)汽车滑行的总时间t;
(2)关闭发动机时的初速度v0;
(3)关闭发动机后的总位移s.
正确答案
(1)根据题意由速度公式,当滑行300m的过程中有:=v0-at
接着又滑行了t2至停止的过程中有:0=-at2
联立以上两式可得:t1=20s;
总时间为:t=t1+t2=40s
(2)由速度和位移公式可得:
2as=(v0)2-v02
解得:a=0.5m/s2;v0=20m/s
(3)在停止前的20s,汽车作末速度为零的匀减速直线运动,可以当作“初速度为零的、同样加速度的、反向的匀加速度直线运动”来处理,所以有:
s2=at22=100m;
s=s1+s2=300+100=400m;
答:(1)总时间为40s;(2)初速度为20m/s;(3)位移为400m.
传送带被广泛地应用于码头、机场和车站,如图所示为一水平传送带的装置示意图,紧绷的传送带AB始终保持恒定的速率V=1m/s运行.将一质量m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,A、B间的距离L=2m,g取10m/s2.
(1)行李做匀加速直线运动的位移为多少?
(2)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处,求行李从A处以最短时间传送到B处时传送带对应的最小运行速率.
(3)若行李相对带运动过程能留下痕迹,则带上痕迹多长?
正确答案
(1)设行李加速度为a,则对行李有 μmg=ma
a=μg=0.1×10 m/s2=l m/s2
设行李匀加速的位移为 x,
则有:x==0.5m
(2)要使传送的时间最短,可知行李应始终做匀加速运行,所以当行李到
右端刚好等于传送带速度时,传送带速度最小.
设传送带的最小运行速率为vmin,则有vmin2=2aL
其中a=lm/s2,所以速率vmin==2m/s
(3)设行李相对传送带运动的时间为t
由v=at,得t==1s
在这段时间内,传送带的位移x1=vt=1×1m=1m
则行李在传送带上痕迹的长度为s=x1-x=0.5m
答:(1)行李做匀加速直线运动的位移为0.5m.
(2)行李从A处以最短时间传送到B处时传送带对应的最小运行速率为2m/s.
(3)行李相对带运动过程留下的痕迹长为0.5m.
飞机着陆后做匀减速直线运动,加速度的大小为6m/s2,若飞机着陆的速度是60m/s,求飞机着陆后12s内滑行的距离为______m.
正确答案
飞机着陆后到停止所需的时间t0==
s=10s<12s.
所以飞机在12内的位移等于10s内的位移.
则位移x=v0t0+at02=60×10-
×6×100m=300m.
故本题答案为:300.
如图所示,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4.0m/s2,飞机速度达到80m/s时离开地面升空。如果在飞机达到起飞速度时,突然接到命令停止起飞,飞行员立即使飞机制动,飞机做匀减速运动,加速度大小为5.0m/s2。如果要求你为该类型的飞机设计一条跑道,使在这种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长?
正确答案
解:
。
作匀变速直线运动的物体,在两个连续相等的2s内的平均速度分别为8m/s和4m/s,则它在4s内的位移为______m,加速度为______m/s2.
正确答案
位移为:x=x1+x2=
.
v
1T+
.
v
2T=8×2+4×2=24m;
匀变速直线运动中,平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故加速度为:a==
=2m/s2;
故答案为:24,2.
2012年9月25日,我国首艘航空母舰“辽宁号”正式交接入列,航母使用滑跃式起飞甲板,2012年11月23日,我军飞行员驾驶国产歼-15舰载机首次成功起降航空母舰,假设歼-15战斗机在航母上起飞的情况可以简化成如下模型.航空母舰上的起飞跑道由长度为l1的水平跑道和长度为l2=32m的倾斜跑道两部分组成.水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h=4.0m.一架质量为v=at1=2.0×104kg的飞机,其喷气发动机的推力大小恒为t2=t-t1=0.5=1.2×105N,方向与速度方向相同,为了使飞机在倾斜跑道的末端达到起飞速度61m/s,外界还需要在整个水平轨道对飞机施加助推力F推=1.4×105N.假设航母处于静止状态,飞机质量视为不变并可看成质点,飞机在整个运动过程中受到的平均阻力大小恒为飞机重力的k倍(k=0.1,g=10m/s2.)
求:(1)歼-15在水平跑道末端的速度大小;
(2)水平跑道l1的长度至少为多少(保留三位有效数字).
正确答案
(1)飞机在倾斜跑道上运动有F-mgsinθ-kmg=ma2①
-
=2a2l2②
sinθ=③
由①②③得v0=59m/s
(2)飞机在水平轨道上有F+F推-kmg=ma1④
-0=2a1l1⑤
由④⑤得l1=145m
答:(1)歼-15在水平跑道末端的速度大小为59m/s;
(2)水平跑道l1的长度至少为145m.
扫码查看完整答案与解析