• 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

冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,比赛场地示意如图.比赛时,运动员从起滑架处推着冰壶出发,在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出,使冰壶的停止位置尽量靠近圆心O.为使冰壶滑行得更远,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小.设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ,用毛刷擦冰面后动摩擦因数减小至.若O点到AB的距离为l,重力加速度为g,在某次比赛中,运动员使冰壶C在AB中点处以v0的速度沿虚线滑出.为使冰壶C能够沿虚线恰好到达圆心O点,运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少?

正确答案

设冰壶在未被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x1,加速度大小为a1;在被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x2,加速度大小为a2

用毛刷开始擦冰面时冰壶的速度为v,则

由μmg=ma1,得:a1=μg

μmg=ma2,得:a2=μg

又2a1x1=-v2

又2a2x2=v2

而x=x1+x2

解得:x2=2l-

答:运动员用毛刷擦冰面的长度应为2l-

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简答题

一列火车进站前先关闭气阀(动力系统),让车滑行,滑行了300m时,速度恰为关闭气阀时速度的一半,此后,又继续滑行了20s,停止在车站,设火车在滑行过程中加速度始终保持不变,试求:

(1)火车从关闭气阀到停止滑行时,滑行的总距离;

(2)火车滑行的加速度大小;

(3)火车关闭气阀时的瞬时速度大小。

正确答案

解:由运动学公式得

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简答题

在某旅游景区,建有一山坡滑草运动项目.如图所示,设山坡AB可看成长度为L=50m、倾角θ=370的斜面,山坡低端与一段水平缓冲段BC圆滑连接.一名游客连同滑草装置总质量m=80kg,滑草装置与AB段及BC段间动摩擦因数均为µ=0.25.他从A处由静止开始匀加速下滑,通过B点滑入水平缓冲段,再滑行一段距离后安全停下来. 不计空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

(1)此游客滑到山坡底端时的速度大小;

(2)此游客从A点到B点的下滑过程中摩擦力对他做的功;

(3)此游客进入BC段后水平滑行的距离.

正确答案

(1)设游客在山坡上滑行时加速度大小为a,游客滑到山坡底端时的速度大小为vB,则有:

根据牛顿第二定律得

   ma=mgsinθ-μmgcosθ

得到a=gsinθ-μgcosθ=10×0.6-0.25×10×0.8=4m/s2

=2aL得:vB==m/s=20m/s

(2)此游客从A点到B点的下滑过程中摩擦力对他做的功:Wf=-μmgcosθ•L=-8×103J

(3)设PB距离为x,游客在水平段滑行的加速度为

a/==μg=2.5m/s2

=2a/x,得x==80m

答:

(1)此游客滑到山坡底端时的速度大小为20m/s;

(2)此游客从A点到B点的下滑过程中摩擦力对他做的功-8×103J;

(3)此游客进入BC段后水平滑行的距离为80m.

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简答题

如图所示为游乐场中深受大家喜爱的“激流勇进”的娱乐项目,人坐在船中,随着提升机达到高处,再沿着水槽飞滑而下,劈波斩浪的刹那给人惊险刺激的感受.设乘客与船的总质量为 100kg,在倾斜水槽中下滑时所受的阻力为重力的0.1倍,水槽的坡度为30°,若乘客与船从槽顶部由静止开始滑行25m而冲向槽的底部(取g=10m/s2).求:

(1)船下滑时的加速度大小;

(2)船滑到槽底部时的速度大小.

正确答案

(1)对船进行受力分析,根据牛顿第二定律得:

              mgsin30°-f=ma,

        由题   f=0.1mg,

        代入解得a=4m/s2

    (2)由匀加速直线运动规律有v2=2as,

代入数据得v=10m/s

答:(1)船下滑时的加速度大小为4m/s2

    (2)船滑到槽底部时的速度大小v=10m/s.

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简答题

如图所示,半径R=0.1m的竖直半圆形光滑轨道bc与水平面ab相切.质量m=0.1kg的小滑块B放在半圆形轨道末端的b点,另一质量也为m=0.1kg的小滑块A以v0=2m/s的水平初速度向B滑行,滑过s=1m的距离,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B粘在一起运动.已知木块A与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2.A、B均可视为质点.(g=10m/s2).求:

(1)A与B碰撞前瞬间的速度大小vA

(2)碰后瞬间,A、B共同的速度大小v;

(3)在半圆形轨道的最高点c,轨道对A、B的作用力N的大小.

正确答案

(1)滑块做匀减速直线运动,加速度大小:a==2 m/s2vA2-v02=-2ax

解得:vA=6m/s

答:A与B碰撞前瞬间的速度大小为6m/s.

(2)碰撞过程中满足动量守恒:mvA=2mv

解得:v=3m/s

答:碰后瞬间,A与B共同的速度大小为3m/s.

(3)由b运动到a的过程中,根据动能定理

设a点的速度为vc

-4mgr=mv2-mvc2解得:vc=m/s

根据受力分析:mg+N=m

解得:N=8N

答:轨道对A与B的作用力N的大小为8N.

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简答题

一个小型火箭从地面上竖直向上发射,加速度大小为8m/s2.10秒末从火箭上掉

下一个小球.

试求:①小球从离开火箭到落地用了多少时间.

②小球着地时的速度大小.

③小球从脱落到着地时火箭上升的高度.

正确答案

(1)小球在10s末的速度v1=a1t1=8×10m/s=80m/s

    此时小球离地面的高度为h1=a1t12=×8×102=400m

小球继续上升的高度h2==m=320m,

上升的时间t1==s=8s.

小球上升到最高点后做自由落体运动,

有h1+h2=gt22

t2==s=12s.

则t=t1+t2=20s.

故小球从离开火箭到落地用时20s.

(2)小球着地时的速度v=gt2=10×12m/s=120m/s.

故小球着地时的速度为120m/s.

(3)小球离开火箭时火箭的速度为80m/s.

小球从脱落到着地时火箭上升的高度为H2=v1t+a1t2=80×20+×8×202=3200m.

故火箭上升的高度为3200m.

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简答题

如图所示为汽车刹车痕迹长度x(即刹车距离)与刹车前车速v(汽车刹车前匀速行驶)的关系图像。例如,当刹车痕迹长度为40 m时,刹车前车速为80 km/h。

(1)假设刹车时,车轮立即停止转动,尝试用你学过的知识定量推导并说明刹车痕迹与刹车前车速的关系;

(2)在处理一次交通事故时,交警根据汽车损坏程度估计出碰撞时的车速为40 km/h,并且已测出刹车痕迹长度为20 m,清你根据图像帮助交警确定出该汽车刹车前的车速,并在图像中的纵轴上用字母A标出这一速度。

正确答案

解:(1)设汽车的质量为m,轮胎与路面间的动摩擦因数为μ,由牛顿第二定律得μmg=ma ①

由运动学公式得- 2ax=-v2

即刹车痕迹与刹车前车速的平方成正比

(2)汽车相撞时的速度为40 km/h,从这个速度减到零,汽车还要向前滑行10 m,撞前汽车已经滑行20 m,所以,如果汽车不相撞,应滑行30 m停下。滑行30m对应的初速度如图中的A点对应速度

 

汽车刹车前的速度为68 km/h(66~70km/h均可)

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简答题

甲、乙两个同学在直跑道上练习4×100 m接力跑,如图所示,他们在奔跑时有相同的最大速度。乙从静止开始全力奔跑需跑出25 m才能达到最大速度,这一过程可看做匀变速运动。现在甲持棒以最大速度向乙奔来,乙在接力区伺机全力奔出。若要求乙接棒时奔跑达到最大速度的80%,则:

(1)乙在接力区需奔出多少距离?

(3)乙应在距离甲多远时起跑?

正确答案

解:(1)设两人的最大速度为v,则v2=2ax,(0.8v)2=2ax',得x'=16 m

(2)设乙在距甲为X0处开始起跑,到乙接棒时跑过的距离为x',贝有vt=x0+x',且,解得x0=24 m

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简答题

近期,随着沪杭高铁的全线开通,我国的高速铁路技术又创下了350 km/h的新纪录,同时旅客的安全工作更引起人们的关注,假设某次列车在离车站9.5 km处的速度为342 km/h,此时向车站发出无线电信号,同时立即开始制动刹车,使列车匀减速到站并刚好停住,若车站接收到列车发出的信号后,立即利用广播通知站台上的全体旅客需要50 s的时间,则:

(1)该列车进站时的加速度多大?方向如何?

(2)全体旅客从听到广播通知,到列车进站停下,还有多长的登车准备时间?

正确答案

解:(1)列车初速度v0=342 km/h=95 m/s,停住时v1=0

,负号表示加速度方向与车运动方向相反

(2)设列车减速运动时间为t1

旅客的准备时间t2=t1-△t=200 s-50 s=150 s

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简答题

一辆轿车违章超车,以108km/h的速度驶入左侧逆行时,猛然发现正前方80m处一辆卡车正以72km/h的速度迎面驶来,两司机同时刹车,刹车的加速度大小均为10m/s2,两司机的反应时间(即司机发现险情到实施刹车所经历的时间)都是△t,试问△t为何值时才能保证两车不相撞?

正确答案

△t<0.3s

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