• 匀变速直线运动的位移与速度的关系
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简答题

足够长的倾角θ=53°的斜面固定在水平地面上,一物体以v0=6.4m/s的初速度,从斜面底端向上滑行,该物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.8,如图所示.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2

(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间;

(2)求返回斜面底端时的速度;

(3)若仅将斜面倾角θ变为37°,其他条件不变,试求物体在开始第1s内的位移大小.(结果保留2位有效数字)

正确答案

(1)物体上滑过程,根据动能定理得

-(mgxsinθ+μmgcosθ)x=0-mv02        ①

根据牛顿第二定律得,

物体上滑过程的加速度大小为a1==g(sinθ+μcosθ)=10×(0.8+0.8×0.6)m/s2=12.8m/s2   ②

物体下滑过程的加速度大小为a2==g(sinθ-μcosθ)=10×(0.8-0.8×0.6)m/s2=3.2m/s2     ③

由公式x=at2得:

物体上滑所用时间为   t1=    ④

物体下滑时间为t2=         ⑤

物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间  t=t1+t2     ⑥

①→⑥联立得:t=1.5s

(2)物体下滑过程,根据动能定理得

(mgxsinθ-μmgcosθ)x=mv 2    ⑦

①⑦联立得:v=3.2m/s

(3)当θ=37°时由牛顿第二定律得:

物体上滑过程的加速度大小为a1′==g(sinθ+μcosθ)=10×(0.6+0.8×0.8)m/s2=12.4m/s2

上滑时间:t1′==s=s<1s     

又因为tanθ=0.75<0.8 所以物体滑到最顶端后不再下滑,保持静止.

得物体在开始第1s内的位移大小:x′==m=1.7m

答:(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间为1.5s;

(2)求返回斜面底端时的速度3.2m/s;

(3)物体在开始第1s内的位移大小为1.7m.

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如图所示,一物体由底端D点以4m/s的速度滑上固定的光滑斜面,途径A、B两点.已知物体在A点时的速度是B点时的2倍;由B点再经过0.5s,物体滑到斜面最高点C时恰好速度为零.设sAB=0.75m,求:

(1)斜面的长度;

(2)物体由底端D点滑到B点时所需的时间.

正确答案

(1)设物体上滑的加速度大小为a,经过B点时速度大小为v.

由题意,则有

从B到C:O=v-at1

从A到B:v2-(2v)2=-2aSAB

由上两式解得,a=2m/s2,v=1m/s

从D到C:O-v02=-2aS       ③

得到S==m=4m

(2)从D到B:v=v0-at2

得t2==1.5s.

答:

(1)斜面的长度为4m;

(2)物体由底端D点滑到B点时所需的时间为1.5s.

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简答题

汽车在公路上行驶的速度为v0=72km/h,若驾驶员发现前方出现了交通事故,经t1=0.5s分反应时间后开始刹车,汽车刹车的加速度大小为a=5m/s2,问驾驶员从发现情况到完全停止,汽车前进的距离是多少?

正确答案

汽车的运动分两段,在反应时间t1内汽车做匀速直线运动,其位移为

s1=v0t1=20×0.5m=10m                                              

汽车刹车时,汽车做匀减速直线运动,位移为s2

由 v2-v02=2as得  

0-v02=2as2 

 s2==m=40m       

所以汽车从发现情况到完全停止,行驶的距离为 s=s1+s2=50m   

答:汽车前进的距离是50m.

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起跳摸高是学生常进行的一项活动,竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小能够反映学生在起跳摸高中的素质.为了测定竖直起跳的时间和蹬地力的大小,老师在地面上安装了一个压力传感器,通过它可以在计算机上绘出平均压力与时间的关系图象.小刘同学身高1.72m,站立时举手达到2.14m,他弯曲两腿,做好起跳的准备,再用力蹬地竖直跳起,测得他对传感器的压力F与时间t的关系图象如图所示.已知图中网格间距相等,不计空气阻力,取g=10m/s2.求小刘同学起跳摸高的最大高度约为多少?

正确答案

从图可知小刘质量为60kg;它蹬地作用力为1050N,加速离开地面时间为:t=0.4s…①

设它蹬地过程中的平均加速度大小为a,根据牛顿第二定律得:F-mg=ma,

解得a==m/s2=7.5m/s2.…②

小刘离开地面时获得的速度约为:v=at=7.5×0.4m/s=3.0m/s…③

离开地面后做竖直上抛运动上升的高度为:h′==m=0.45m…④

摸高约为:H=h'+h0=2.59m…⑤

答:小刘同学起跳摸高的最大高度约为2.59m

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2008年5月12日汶川大地震发生后,一辆救护车不顾危险去抢救伤员,它在途中遇到一座桥,刚开上桥头时速度为5m/s,经过桥的另一端时的速度是15m/s,在桥上行驶时间是10s,假设救护车做的是匀变速运动,救护车可看成质点.求:

(1)汽车运动的加速度是多大?

(2)桥的长度是多少?

正确答案

(1)由运动学公式得:a===1m/s2

故汽车运动的加速度是1m/s2

(2)根据速度位移公式:

x==100m.

故桥的长度为100m.

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汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动,产生明显的滑动痕迹,即常说的刹车线,由刹车线的长短可以知道汽车刹车前的速度大小,因此刹车线的长度是分析交通事故的一个重要依据.若某路段规定的最高车速限制为40km/h,一汽车在该路段刹车后至停止的加速度大小是7m/s2,刹车线的长度为14m,求:

(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间;

(2)刹车过程的平均速度;

(3)通过计算说明该车是否超速.

正确答案

(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间为t,

根据运动学规律有0=v0-at

代入数据得t=2s                                

(2)根据平均速度的定义,

得到刹车过程的平均速度为===7m/s

(3)设汽车刹车前的初速度为v0

则有=2ax

代入数据得:v0=14m/s.                            

 又因为14m/s=50.4km/h>40km/h                       

此汽车已经超速.

答:(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间为2s;

(2)刹车过程的平均速度为7m/s;

(3)已经超速.

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汽车正以v1=10m/s的速度在平直公路上行驶,突然发现正前方有一辆自行车以v2=4m/s的速度作同方向的匀速直线运动,汽车立即关闭油门作加速度大小为a=0.6m/s2的匀减速运动,汽车恰好没有碰上自行车,求关闭油门时汽车与自行车的距离.

某同学是这样解的:汽车关闭油门后的滑行时间和滑行距离分别为t=,s1=在相同时间内,自行车的前进的距离为s2=v2t,关闭油门时汽车与自行车的距离为s=s1-s2…你认为这位同学的解法是否合理?若合理,请完成计算;若不合理,请用你自己的方法算出正确结果.

正确答案

“不合理”

原因在于:能满足题设的汽车恰好不碰上自行车的临界条件是:当汽车减速到与自行车速度相等时,它们恰好相遇,而不是汽车减速到0时相遇.                

正确解法:

汽车减速到与自行车速度相等时,所用时间为:t==10s

在此时间内,汽车滑行距离为:s1==70m

自行车的前进的距离为:s2=v2t=40m

关闭油门时汽车与自行车的距离为:s=s1-s2=30m

答:这位同学的解法是不合理的,关闭油门时汽车与自行车的距离为30m.

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2011年7月23日晚上20点30分左右,甬温线永嘉站至温州南站间,北京南至福州D301次列车与杭州至福州南D3115次列车发生追尾事故.事故已造成40人死亡,200多人受伤.事发当晚正值大雨,司机只能见到前方100米,已知此时D301列车行驶速度为180km/h,紧急刹车产生8m/s2的加速度,司机反应时间为0.3s,问:

(1)若列车D3115因突发故障停在前方,后面的D301列车能否撞上前面的D3115列车?

(2)若不考虑反应时间,列车D3115以10m/s的速度在前方向前行驶,能否发生碰撞事件?

正确答案

(1)列车的速度v=180km/s=50m/s  a=-8m/s2  反应时间t=0.3s

则司机的反应距离为 S1=vt     …①

刹车距离S2=…②

停车距离S=S1+S2 …③

联合①②③式代入数据解得

S=171.25m>100m        

所以D301列车会撞上前面D3115列车.

(2)若D301列车在速度减小到10m/s时追不上,则不会发生事故

由vt=v0-at得t=                  

代入数据求得t=5s                       

列车在t=5s内D3115通过的位移x=v0t=10×5m=50m 

列车D301 通过位移X==m=150m 

因X=150m=x+100m 

所以列车D301恰好追上但不碰撞

答:

(1)若列车D3115因突发故障停在前方,后面的D301列车能撞上前面的D3115列车

(2)若不考虑反应时间,列车D3115以10m/s的速度在前方向前行驶,恰好追上但不碰撞.

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特警队员从悬停在空中离地235米高的直升机上沿绳下滑进行降落训练,某特警队员和他携带的武器质量共为80kg,设特警队员用特制的手套轻握绳子时可获得200N的摩擦阻力,紧握绳子时可获得1000N的摩擦阻力,下滑过程中特警队员不能自由落体,至少轻握绳子才能确保安全.g取10m/s2.求:

(1)特警队员轻握绳子降落时的加速度是多大?

(2)如果要求特警队员着地时的速度不大于5m/s,则特警队员在空中下滑过程中按怎样的方式运动所需时间最少(用文字叙述或v-t图表示均可),最少时间为多少?

正确答案

(1)根据牛顿第二定律,有

a1===7.5m/s2

即特警队员轻握绳子降落时的加速度是7.5m/s2

(2)先加速到一定速度后立即减速,到达地面时正好为5m/s速度,用时最短;

减速时加速度为

a2===2.5m/s2

设最大速度为vm,根据运动学公式,有

+=235

解得

vm=30m/s

故总时间为

t总=t1+t2=+=14s

即最少时间为14s.

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一辆汽车沿着平直公路从甲站开往乙站,起步阶段的加速度为2m/s2,加速行驶5s后匀速行驶2min,然后刹车,匀减速滑行50m后正好停在乙站.求这辆汽车

(1)匀减速过程的加速度大小

(2)从甲站运动到乙站的时间

(3)从甲站到乙站的平均速度大小.

正确答案

(1)加速5s后的速度为:v=a1=10m/s

匀减速过程的初速度为10m/s,末速度为零,

由:=s3,得:a=-1m/s2

匀减速过程的加速度大小为1m/s2,方向与初速度方向相反

(2)匀减速过程:vt=v+at3,得:t3=10s,

从甲站到乙站的时间为:t=t1+t2+t3=5+120+10=135s

(3)匀加速过程:s1=a1t12=25m

匀速过程:s2=vt2=10×120=1200m

全过程:s=s1+s2+s3=1275m

全过程的平均速度大小为:===9.4m/s

答:(1)匀减速过程的加速度大小1m/s2

(2)从甲站运动到乙站的时间是135s;

(3)从甲站到乙站的平均速度大小是9.4m/s.

下一知识点 : 自由落体运动
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