- 匀变速直线运动的位移与速度的关系
- 共1087题
无轨电车在平直公路上以15m/s的速度匀速行驶,关闭电动机后,电车做匀减速直线运动,其加速度的大小为5m/s2.已知电车的质量是4.0×103kg.求:
(1)关闭电动机后电车所受的阻力大小;
(2)关闭电动机后电车运动的最大距离;
(3)匀速行驶时无轨电车电机的功率.
正确答案
(1)汽车减速运动,受重力、支持力和阻力,其中重力和支持力平衡,合力等于阻力,根据牛顿第二定律,有
f=ma=4.0×103kg×5m/s2=2×104N;
即关闭电动机后电车所受的阻力大小2×104N.
(2)电车做匀减速直线运动,由速度位移关系公式v2-v02=2ax得
x==
m=22.5m
即关闭电动机后电车运动的最大距离为22.5m.
(3)汽车匀速运动时,牵引力等于摩擦力
F=f
由功率和速度关系P=Fv,得
P=Fv=2×104N×15m/s=3×105W
即匀速行驶时无轨电车电机的功率为3×105W.
消防员进行滑杆下楼训练,一质量为60kg的消防员从脚离地20m的杆上由静止开始下滑,为确保安全,中间过程的最大速度不得超过15m/s,着地时的速度不得超过4m/s,消防员和杆间能获得的最大阻力为900N,g=10m/s2.求:
(1)消防员减速下滑过程的最大加速度多大?
(2)在确保安全的情况下消防员下楼的最短时间是多少?
正确答案
(1)减速下楼过程的加速度大小为a
f-mg=ma
当阻力取最大值时,加速度最大,则
a==
=5m/s2
(2)消防员要使下楼时间最短,则他应先自由下落,再以最大加速度减速.如果消防员能达到最大速度v=15m/s,则其下楼过程的位移至少为s
s=+
=
+
=31.15>20m
由此可以判断,消防员下楼过程不能达到15m/s,设实际最大速度为vm
s=+
带入数据解得:
vm=12m/s
自由下落过程时间为t1,减速下楼过程时间为t2
t1==1.2s
t2==
=1.6s
总时间t=t1+t2=1.2+1.6=2.8(s)
答:(1)消防员减速下滑过程的最大加速度为5m/s2;
(2)在确保安全的情况下消防员下楼的最短时间是2.8s.
如图所示,固定不动的足够长斜面倾角θ=37°,一个物体以v0=12m/s的初速度,从斜面A点处开始自行沿斜面向上运动,加速度大小为a=8.0m/s2.(g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)物体沿斜面上升的最大距离
(2)物体与斜面间动摩擦因数
(3)据条件判断物体上升到最高点后能否返回?若能,求返回时的加速度.
正确答案
(1)上滑过程,由运动学公式v2=2ax得
物体沿斜面上升的最大距离x==
m=9m
(2)物体上滑时受力分析如图所示;
上滑过程,由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma
解得:μ=0.25
(3)物体沿斜面下滑时受力分析如图所示:
沿斜面方向上:mgsinθ>μmgcosθ,所以可以下滑
由牛顿第二定律得:mgsinθ-μmgcosθ=ma′
代入数据解得:a′=4 m/s2
答:
(1)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.25;
(3)能,返回时的加速度为4m/s2.
在28届希腊雅典奥运会中,我国代表团成绩取得历史性的突破,国人为之振奋,尤其是我们的国球,具有强大的实力.国际乒联为了降低乒乓球的飞行速度,增加乒乓球比赛的观赏性.自从1996年国际乒联接受了一项对乒乓球大小改革的提案,提案要求球的质量不变,把球的直径从原来的38mm改为40mm.此次奥运比赛就是采用40mm的大球.又根据中国乒协调研组在网上提供的资料可知:运动员用38mm球比赛时,平均击球速度为30m/s,球在球台上方飞行平均速度是20m/s,球在飞行时空气对球的阻力与球的直径的平方成正比.若球的运动近似看成水平方向作直线运动.
问:(1)小球和大球的加速度之比?
(2)改用大球后球在球台上的飞行时间约为原来的几倍?
正确答案
(1)将乒乓球在空中的飞行过程大致看成一个匀减速直线运动,根据题意,球在飞行中受到的空气阻力与球的直径平方成正比,则
小球和大球受到的摩擦力之比为=
≈
=
≈
,
即加速度之比为1:1.11;
(2)又由运动员的平均击球速度为30m/s,可知不管大球小球被运动员击球后所具有的初速度均为30m/s,而再由小球在球台上方飞行的平均速度是20m/s,
根据=
,可得小球飞行到球台另一端的末速度为V末=2×20-30=10m/s,
换成大球后,球台长度不变,所以,大球在空中飞行的距离跟小球飞行的距离相同,
则S==
,V末'为大球飞过球台的末速度,利用前后加速度大小的比值为1:1.11,
可解得V末'≈3.46m/s,
则小球、大球它们的飞行时间之比为=
=
=
≈
,
即大球在球台上的飞行时间约为原来的1.2倍.
答:(1)小球和大球的加速度之比为1:1.11.
(2)改用大球后球在球台上的飞行时间约为原来的1.2倍.
在冬天,高为h=0.8m的平台上,覆盖了一层冰,一乘雪橇的滑雪爱好者,从距平台边缘x0=30m处以v0=7m/s的初速度向平台边缘滑去,如图所示.已知平台上的冰面与雪橇间的动摩擦因数为μ=0.04取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)滑雪者从平台边缘离开瞬间的速度v为多大;
(2)滑雪者着地点到平台边缘的水平距离是多大;
(3)着地时的瞬间,其速度方向与水平地面的夹角为多大.(可用三角函数表示)
正确答案
(1)滑雪者在平台上滑行过程有动能定理得:-μmgx0=mv2=
mv02
代入数据求得:滑雪者从平台边缘离开瞬间的速度为 v=5m/s ①
(2)滑雪者离开平台后做平抛运动
竖直方向有:h=gt2 ②
水平方向有:x=vt ③
①②③联立解得 x=2m
(3)着地时的瞬间,其速度方向与水平地面的夹角为θ
着地时的瞬间竖直方向的速度为:vy=gt ④
tanθ= ⑤
①②④⑤联立得:tanθ=0.8
即θ=37°
答:(1)滑雪者从平台边缘离开瞬间的速度v为5m/s;
(2)滑雪者着地点到平台边缘的水平距离是2m;
(3)着地时的瞬间,其速度方向与水平地面的夹角为37°.
甲、乙两车,从同一处,同时开始作同向直线运动.已知甲车以速度20m/s作匀速直线运动,乙车以初速度5m/s开始作匀加速运动,加速度为1m/s2.试分析:
(1)经过多长时间,乙车追上甲车?此时乙车的速度多大?
(2)经过多长时间,乙车落后于甲车的距离为最大?落后的最大距离是多大?此时乙车的速度多大?
正确答案
(1)设经t1时间乙车追上甲车,由位移关系有:S甲=S乙
即:v1t1=v2t1+at12
解之得:t1=30s
此时乙车的速度:V3=V2+at1得:V3=35m/s
(2)当乙车速度等于甲车时,乙车落后于甲车的距离为最大,设经时间为t2,则有:
V1=V2+at2
解得:t2=15s
此时甲的位移为:S1=v1t2=300m
乙的位移为:s2=v2t2+at22=187.5m
落后的最大距离为:s=s1-s2=112.5m
此时乙车的速度:v4=v2+at2=20m/s
答:(1)经过30s时间,乙车追上甲车.此时乙车的速度35m/s
(2)经过15s时间,乙车落后于甲车的距离为最大.落后的最大距离是112.5m.此时乙车的速度20m/s.
如图,小木块在倾角为300的斜面上受到与斜面平行向上的恒定外力F作用,从A点由静止开始做匀加速运动,前进了0.45m抵达B点时,立即撤去外力,此后小木块又前进0.15m到达C点,速度为零.已知木块与斜面动摩擦因数μ=/6,木块质量m=1kg.求:
(1)木块在BC段加速度的大小;
(2)木块向上经过B点时速度大小;
(3)木块在AB段所受的外力F大小.( g=10m/s2)
正确答案
(1)木块在BC段受到重力、斜面的支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律得:
mgsin30°+μmgcos30°=maBC
解得aBC=gsin30°+μgcos30°=7.5m/s2(2)由vc2-vB2=2aBCxBC 解得:vB=1.5m/s
(3)A→B过程:vB2-vA2=2aABxAB
解得aAB=2.5 m/s2
木块在AB段受到重力、外力F,斜面的支持力和滑动摩擦力.
F-mgsin30°-μmgcos30°=maAB 代入数据解得:F=10N
答:(1)木块在BC段加速度的大小为7.5m/s2;
(2)木块向上经过B点时速度大小为1.5m/s;
(3)木块在AB段所受的外力F大小为10N.
为了安全,公路上行驶的汽车间应保持必要的距离.某市规定,车辆在市区内行驶的速度不得超过40km/h.有一辆车发现前面25m处发生交通事故紧急刹车,紧急刹车产生的最大加速度为5m/s2,反应时间为t=0.5s.经测量,路面刹车痕迹为S=14.4m.
求:(1)该汽车是否违章驾驶?(2)是否会有安全问题?
正确答案
(1)设汽车刹车前运动的方向为正方向.有vt2-v02=2as
刹车前的速度:v0==
m/s=12m/s
12m/s=43.2km/h>40km/h
故该汽车违章驾驶.
(2)反应时间内汽车做匀速直线运动,通过的位移s1=v0t=12×0.5m=6m
停车距离:△s=s1+s=(6+14.4)m=20.4m
因为20.4m<25m,故该汽车不会存在安全问题.
答:该车违章,不会有安全问题.
如图所示,质量为0.4kg的木块以2m/s的速度水平地滑上静止在光滑水平地面上的平板小车,车的质量为1.6kg,木块与小车之间的摩擦系数为0.2(g取10m/s2).设小车足够长,求:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度大小.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间.
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离.
正确答案
(1)以木块和小车为研究对象,方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v
得v=v0=0.4m/s
(2)以木块为研究对象,其受力情况如图所示,由动量定理可得
-ft=mv-mv0
又f=μmg
得到t==0.8s
(3)木块做匀减速运动,加速度a1==μg=2m/s2
车做匀加速运动,加速度a==
=0.5m/s2
由运动学公式可得:vt2-v02=2as
在此过程中木块的位移为
s1==0.96m
车的位移为
s2=at2=0.16m
木块在小车上滑行的距离为△S=S1-S2=0.8m
答:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度大小为0.4m/s.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间是0.8s.
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离是0.8m.
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350km/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9.5km处的速度为342km/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50s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
(1)列车初速度v0=342km/h=95m/s,停住时v1=0
由v21-v20=2aL
得a==-0.475m/s2
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
由L=t=
•t1
得t1=200s
旅客的准备时间:t2=t1-t=200s-50s=150s
答:(1)该列车进站时的加速度为0.475m/s2,方向如何,与运动方向相反;
(2)全体旅客从听到广播通知,到列车进站停下,还有150s的登车准备时间.
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