• 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,质量为m=10kg的两个相同的物块A、B(它们之间用轻绳相连)放在水平地面上,在方向与水平方面成θ=37°角斜向上、大小为100N的拉力F作用下,以大小为v0=4.0m/s的速度向右做匀速直线运动,求剪断轻绳后物块A在水平地面上滑行的距离.(取当地的重力加速度(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

设两物体与地面间的动摩擦因素为μ,根据滑动摩擦力公式和平衡条件,

对A、B整体有:.μmg+μ(mg-Fsinθ)=Fcosθ①

剪断轻绳以后,设物体A在水平地面上滑行的距离为s,有

μmg=ma②

v02=2as③

联解方程,代入数据得:s==1.4m

答:剪断轻绳后物块A在水平地面上滑行的距离为1.4m.

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简答题

为了测量列车的速度及加速度,可采用下述装置:在列车底部安装一个正方形线圈,而在轨道上每隔40m安装一块磁性很强的小磁铁,当列车经过磁铁上方时,有感应电流产生,记录此电流就可换算成列车的速度及加速度.视磁铁上方区域的磁场为匀强磁场,其区域面积与线圈面积相同,磁场方向与线圈截面垂直,磁感应强度B=0.004T,线圈边长l=0.1m,匝数n=5,包括连线总电阻R=0.4Ω.现记录到某列车驶过时的电流-位移图象如图所示,请计算:

(1)在离开O(原点)20m处列车速度v的大小;

(2)从20m处到60m处列车加速度a的大小(假设列车作匀加速运动).

正确答案

(1)由图线知道列车在离开原点20m处的感应电流为0.02A              

E=nBLv,I=                                                 

I=

解出v1==m/s=4m/s.

(2)由图线知道列车在离开原点60m处的感应电流为0.05A            

v2==m/s=10m/s.

v22-v12=2as.

解出a==m/s2=1.05m/s2

答:(1)在离开O(原点)20m处列车速度v的大小为4m/s.

(2)从20m处到60m处列车加速度a的大小为1.05m/s2

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质量为m的物体以速度v0竖直向上抛出,物体落回地面时,速度大小为(设物体在运动中所受空气阻力大小不变),求:

(1)物体在运动过程中所受空气阻力的大小.

(2)物体上升的最大高度

(3)若假设物体落地碰撞过程中无能量损失,求物体运动的总路程.

正确答案

(1)设上升的最大高度为h,对物体上抛到最高点的过程运用动能定理得:

-mgh-fh=0-mv02

        对下落的过程运用动能定理得:

             mgh-fh=m(

7v0

8

)2-0

          解得;f=mg  h=

    (2)由(1)中解得h=

    (3)因为重量始终大于阻力,故物体最终会落到地面上,设总路程为s,

        对抛出到落地的整个过程运用动能定理得:

-fs=0-mv02

           解得:s=

答:(1)物体在运动过程中所受空气阻力的大小为mg;(2)物体上升的最大高度为;(3)物体运动的总路程为

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简答题

质量为2kg的物体,在F=8N的水平拉力的作用下,沿着水平面从静止开始运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.1(g取10m/s2).求:

(1)物体运动的加速度的大小;

(2)当物体速度达到10m/s时,立即撤去水平拉力,物体还能向前滑行多远?

正确答案

(1)受力分析如图所示

f=μFN

FN=mg

F-f=ma

联立解得 a=3m/s2 

(2)撤去外力后,物体的加速度:a′=

由0-v2=2a′x 

得x=50m 

答:(1)物体运动的加速度的大小为3m/s2

(2)物体还能向前滑行50m.

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2009年1月,胶东半岛地区普降大雪,给人们出行带来困难.为了安全行车,某司机在冰雪覆盖的平直公路上测试汽车的制动性能.车速v=36km/h时紧急刹车(可认为轮不转动),车轮在公路上划出一道长L=50m的刹车痕迹,取g=10m/s2.求:

(1)车轮与冰雪路面间的动摩擦因数;

(2)若该车以28.8km/h的速度在同样路面上行驶,突然发现正前方停着一辆故障车.为避免两车相撞,司机至少应在距故障车多远处采取刹车措施.已知司机发现故障车至实施刹车的反应时间为△t=0.6s.

正确答案

(1)由牛顿第二定律a=μg

        0-v2=-2aL   

得μ===0.1

故车轮与冰雪路面间的动摩擦因数为0.1.

(2)v0=8 m/s

在反应时间内的位移:x1=v0t=8×0.6 m=4.8 m

由牛顿第二定律及速度-位移关系,得0-v02=-2μgx2

得刹车位移x2== m=32 m

x=x1+x2=36.8 m.

故司机至少应在距故障车36.8m处采取刹车措施.

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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 100m时打开降落伞,伞张开后运动员就以15m/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)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?

(2)运动员离开飞机后,总共经过多少时间才能到达地面?

正确答案

(1)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=55m/s      

运动员自由下落距离为s1==151.25m       

运动员离开飞机时距地面高度为s=s1+s2=251.25m.

(2)自由落体运动的时间为t1==5.5s         

打开伞后运动的时间为t2==3.33s       

离开飞机后运动的时间为t=t1+t2=8.83s       

答:(1)运动员离开飞机时距地面的高度为251.25m;

(2)运动员离开飞机后,总共经过8.83s时间才能到达地面.

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一辆汽车在笔直的公路上以υ0=20m/s速度行驶。司机看到前方路面上有不明物体,立即刹车,汽车做匀减速直线运动,匀减速运动的加速度大小为a=2m/s2。汽车未停止运动前,司机看清了路面物体后,踩下油门,使汽车改做匀加速直线运动,经过t=10s时间,汽车的速度又变为υ0。从开始刹车到汽车又恢复原来的速度,汽车前进了s=225m。求此过程汽车的最小速度υ。

正确答案

解:s1=

s2=t

s1+s2=s

υ=10m/s

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一小滑块静止在倾角为37°的固定斜面的底端,当滑块受到外力冲击后,瞬间获得一个沿斜面向上的速度v0=4.0m/s.已知斜面足够长,滑块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.25,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2.求:

(1)滑块沿斜面上滑过程的加速度大小.

(2)滑块沿斜面上滑的最大距离.

(3)滑块返回斜面底端时速度的大小.

正确答案

(1)设滑块质量为m,上滑过程的加速度大小为a,根据牛顿第二定律,有mgsin37°+μmgcos37°=ma

所以,a=(sin37°+μcos37°)g=8.0m/s2

(2)滑块上滑做匀减速运动,根据位移与速度的关系公得最大距离

s==1.0m

(3)设滑块滑到底端的速度大小为v,全程运用动能定理,有

-(μmgcos37°)×2s=mv 2-mv02

所以,v==2m/s=2.8m/s

答:(1)滑块沿斜面上滑过程的加速度大小为8.0m/s2

(2)滑块沿斜面上滑的最大距离为1.0m.

(3)滑块返回斜面底端时速度的大小为2.8m/s.

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随着机动车数量的增加,交通安全问题日益凸显.分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规,珍惜生命.一货车严重超载后的总质量为49t,以54km/h的速率匀速行驶.发现红灯时司机刹车,货车即做匀减速直线运动,加速度的大小为2.5m/s2(不超载时则为5m/s2).若前方无阻挡,问从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进多远?

正确答案

根据匀变速直线运动的速度位移公式得 v2-v02=2ax,则  S=

当超载时,加速度为-2.5m/s2,代入数据    S1=45m

不超载时,加速度为-5m/s2,代入数据    S2=22.5m.

故从刹车到停下来货车在超载及不超载时分别前进45m,22.5m.

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简答题

如图所示,总质量为m=75kg的滑雪者以初速度v0=8m/s沿倾角为θ=37°的斜面向上自由滑行,已知雪橇与斜面问动摩擦因数μ=0.25,假设斜面足够长.不计空气阻力.试求:

(1)滑雪者沿斜面上滑的最大距离.

(2)若滑雪者滑至最高点后掉转方向向下自由滑行,求他滑到起点时的速度大小.

正确答案

(1)上滑过程中对人进行受力分析,滑雪者受重力mg,弹力FN,摩擦力f,并设滑雪者的加速度为a1,受力如图

根据牛顿第二定律有:

mgsinθ+f=ma1,a1 的方向沿斜面向下.           ①

由平衡关系有:FN=mgcosθ                        ②

根据动摩擦定律有:f=μFN                          ③

由以上各式解得:a1=g(sinθ+μcosθ)=8m/s       ④

滑雪者沿斜面向上做匀减速直线运动,减速到零的位移为:x==4m   ⑤

即滑雪者上滑的最大距离为4m

(2)滑雪者沿斜面下滑时,滑雪者收到的摩擦力沿斜面向上,受力如图

设加速度大小为a2

根据牛顿第二定律有:

mgsinθ-f=ma2              ⑥

由平衡关系有:FN=mgcosθ                  ⑦

根据动摩擦定律有:f=μFN                         ⑧

由以上各式解得:a2=g(sinθ-μcosθ)=4m/s2  ⑨

滑雪者沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动,滑到出发点的位移为:x=4m/s

则滑雪者再次回到起点的速度为:v==4m/s=5.7m/s   ⑩

答:(1)滑雪者沿斜面上滑的最大距离4m

    (2)滑雪者再次回到起点的速度为5.7m/s

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