- 匀变速直线运动的位移与速度的关系
- 共1087题
如图所示,一质量为2kg的小球从斜面顶点A由静止开始向下运动,经过斜面底端B点后在水平面上运动,最后停止在C点.已知斜面长为18m,斜面的倾角为37°,小球与斜面、水平面的动摩擦因数均为0.25,g=10m/s2,sin37°=0.6,不计小球从斜面进入水平面时机械能的损失.求:
(1)小球通过B点时的速度大小.
(2)小球在水平面上运动的位移大小.
正确答案
(1)由牛顿第二定律得:mgsin37°-µmg cos37°=ma1
a1=g(sin37°-µ cos37°)=4m/s2
由 v2-0=2ax1,得
v==12m/s
(2)设小球在水平面上运动的加速度大小为为a2,
则µmg=ma2 a2=μg=2.5 m/s2
又由 0-v2=-2ax2 代入数据解得:x2=28.8m
答:(1)小球通过B点时的速度大小为12m/s.
(2)小球在水平面上运动的位移大小28.8m.
如图所示,皮带在轮O1O2带动下以速度v匀速转动,皮带与轮之间不打滑.皮带AB段长为L,皮带轮左端B处有一光滑小圆弧与一光滑斜面相连接.物体无初速放上皮带右端后,能在皮带带动下向左运动,并滑上斜面.已知物体与皮带间的动摩擦因数为μ,且μ>.求:
(1)若物体无初速放上皮带的右端A处,则其运动到左端B处的时间.
(2)若物体无初速地放到皮带上某处,物体沿斜面上升到最高点后沿斜面返回,问物体滑回皮带后,是否有可能从皮带轮的右端A处滑出?判断并说明理由.
(3)物体无初速的放上皮带的不同位置,则其沿斜面上升的最大高度也不同.设物体放上皮带时离左端B的距离为x,请写出物体沿斜面上升最大高度h与x之间的关系,并画出h-x图象.
正确答案
(1)物体放上皮带运动的加速度 a=μg
物体加速到v前进的位移 x0==
∵L>x0,∴物体先加速后匀速,加速时间 t1==
匀速时间 t2==
-
∴物体从A到B时间 t=t1+t2=+
答:物体从右端滑到左端的时间为t=+
.
(2)不能滑出右端A
理由:物体从斜面返回皮带的速度与物体滑上斜面的初速度大小相等,所以返回时最远不能超过释放的初始位置
(3)当x≤x0时,物体一直加速,到B的速度为v1,则v12=2μgx
又mv12=mgh∴h=
=μx
当x>x0时,物体先加速后匀速,到达B时速度均为v
mv 2=mgh
h′=
答:当x≤x0时,h=μx,当x>x0时,h′=.
如图所示,一个质量m = 20kg的物块,在F = 60N的水平拉力作用下,从静止开始沿水平地面向右做匀加速直线运动。物块与地面间的动摩擦因数μ = 0.10。取重力加速度g = 10m/s2。
(1)画出物块的受力示意图;
(2)求物块运动的加速度大小;
(3)求物块速度达到v = 6.0m/s时移动的距离。
正确答案
解:(1)受力如图所示
(2)建立如图所示的直角坐标系,根据牛顿第二定律,
x方向:F-Ff = ma
y方向:FN-mg = 0
摩擦力:Ff =μFN 解得 a = 2.0m/s2
(3)根据,解得 x = 9.0m 。
如图所示,某货场需将质量为m1=100kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物由轨道顶端无初速滑下,轨道半径R=1.8m。地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=100kg,木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10 m/s2)
(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。
(2)若货物滑上木板A时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求μ1应满足的条件。
(3)若μ1=0.5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。
正确答案
解:(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0,对货物的下滑过程,
根据机械能守恒定律得①
设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得②
联立①②式,代入数据得 FN=3000N③
根据牛顿第三定律,货物对轨道的压力大小为3000N,方向竖直向下。
(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得 μ1m1g≤μ2(m1+2m2)g④
若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得 μ1m1g>μ2(m1+m2)g⑤
联立④⑤式,代入数据得 0.4<μ1≤0.6⑥
(3)μ1=0.5,由⑥式可知,货物在木板A上滑动时,木板不动。
设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得μ1m1g=m1a1⑦
设货物滑到木板A末端时的速度为v1,由运动学公式得v12-v02=-2a1l⑧
联立①⑦⑧式,代入数据得v1=4m/s⑨
设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得v1=v0-a1t⑩
联立①⑦⑨⑩式,代入数据得t=0.4s
如图所示,一辆长L=2m、高h=0.8m、质量为M=12kg的平顶车,车顶光滑,在牵引力为零时,仍在向前运动,车与路面间的动摩擦因数μ=0.3.当车速为v0=7m/s时,把一个质量为m=1kg的物块(视为质点)轻轻放在车顶的前端.问物块落地时,落地点距车前端多远?(取g=10m/s2.)
正确答案
由于m与M无摩擦,所以开始物块m在车上静止,离开车后做自由落体运动,放上m后地面对M的摩擦力F1=μ(m+M)g,则M的加速度a1==3.25 m/s2-------①
m离开M前,M做减速运动,位移s1=L,设m即将落地时车速度为v,则由运动学公式
v02-v2=2a1L,得
v═6 m/s
物块m下落时间
t==s=0.4 s
m离开M后,M的加速度
a2═μg=3 m/s2
在0.4 s内车前进的距离
s2=v t-a2t2=2.16 m
所以,物体落地点离车前端距离
s=s2+L=2.16 m+2 m=4.16 m.
故物块落地时,落地点距车前端4.16m.
如图所示,一质量m=2kg的物体静止在水平地面上,它与地面间的动摩擦因数µ=0.2,现用一水平向右的恒力F=10N推物体,使其做匀加速运动,经时间t=4s撤去推力F,物体又向前滑行了一段距离后停止运动,取g=10m/s2,试求:
(1)物体在4s末时刻的速度.
(2)物体滑行的总位移.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,有:
F-μmg=ma1
则a1==
m/s2=3m/s2
则4s末的速度v=a1t=12m/s.
(2)物体匀加速直线运动的位移x1==
m=24m.
根据牛顿第二定律,物体做匀减速直线运动的加速度a2=μg=2m/s2.
则物体匀减速直线运动的位移x2==
m=36m
则物体滑行的总位移x=x1+x2=24+36m=60m.
答:(1)物体在4s末时刻的速度为12m/s.
(2)物体滑行的总位移为60m.
一质量m=0.5kg的滑块以一定的初速度冲上一倾角为30°足够长的斜面,某同学利用DIS实验系统测出了滑块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,如图所示为通过计算机绘制出的滑块上滑过程的v-t图.求:(g取10m/s2)
(1)滑块冲上斜面过程中加速度大小;
(2)滑块与斜面间的动摩擦因数;
(3)判断滑块最后能否返回斜面底端?若能返回,求出返回斜面底端时的动能;若不能返回,求出滑块停在什么位置.
正确答案
(1)滑块的加速度为:a==
=-12(m/s2)
(2)物体在冲上斜面过程中经受力分析得:mgsinθ+μmgcosθ=ma
得:μ==
=0.81
(3)由于μ>tan30°,故滑块速度减小到零时,重力的分力小于最大静摩擦力,不能再下滑.
s==
=1.5(m)
滑块停在距底端1.5m处.
答:(1)滑块冲上斜面过程中加速度大小为12m/s2;
(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为0.81;
(3)不能返回,滑块停在距底端1.5m处.
2011年初,我国南方多次遭受严重的冰灾,给交通运输带来巨大的影响.已知汽车橡胶轮胎与普通路面的动摩擦因数为0.7,与冰面的动摩擦因数为0.1.当汽车以某一速度沿水平普通路面行驶时,急刹车后(设车轮立即停止转动),汽车要滑行14m才能停下.那么,在冰冻天气,该汽车若以同样速度在结了冰的水平路面上行驶,急刹车后汽车继续滑行的距离增大了多少?
正确答案
设初速度为v0.当汽车在水平普通路面上急刹车时,
由牛顿第二定律得 μ1mg=ma1
得a1=μ1g=7 m/s2
又v02=2a1x1
得v0==14m/s
当汽车在水平冰面上急刹车时,
μ2mg=ma2
得a2=μ2g=1 m/s2
又v02=2a2x2
得x2=98 m
所以急刹车后汽车继续滑行的距离增大了
△x=x2-x1=84m
答:以同样速度在结了冰的水平路面上行驶,急刹车后汽车继续滑行的距离增大了84m.
如图所示,一长木板质量为M=4 kg,木板与地面的动摩擦因数μ1=0.2,质量为m=2kg的小滑块放在木板的右端,小滑块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4。开始时木板与滑块都处于静止状态,木板的右端与右侧竖直墙壁的距离L=2.7 m,现给木板以水平向右的初速度v0=6 m/s使木板向右运动,设木板与墙壁碰撞时间极短,且碰后以原速率弹回,取g=10 m/s2,求:
(1)木板与墙壁碰撞时,木板和滑块的瞬时速度各是多大?
(2)木板与墙壁碰撞后,经过多长时间小滑块停在木板上?
正确答案
解:(1)木板获得初速度后,与小滑块发生相对滑动,木板向右做匀减速运动,滑块向右做匀加速运动,加速度大小分别为
设木板与墙碰撞时,木板的速度为vM,小滑块的速度为vm,根据运动学公式有
解得vM=3 m/s
时间
故vm=amt1=2.4 m/s
(2)设木板反弹后,小滑块与木板达到共同速度所需时间为t2,共同速度为v,以水平向左为正方向
对木板有v=vM-aMt2对滑块有v=-vm+amt2代入数据解得t2=0.6 s
民用航空客机的机舱,除了有正常的舱门和舷梯连接,供旅客上下飞机,一般还设有紧急出口。发生意外情况的飞机在着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊构成的斜面,机舱中的人可沿该斜面滑行到地面上来,示意图如图所示。某机舱离气囊底端的竖直高度AB=3.0m,气囊构成的斜面长AC = 5.0 m,CD段为与斜面平滑连接的水平地面。一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下,人与气囊、地面间的动摩擦因数均为= 0.5。不计空气阻力,g=10m/s2。求:
(1)人从斜坡上滑下时的加速度大小;
(2)人滑到斜坡底端时的速度大小;
(3)人离开C点后还要在地面上滑行多远才能停下?
正确答案
解:(1)物体受力如图所示。
由牛顿运动定律:mgsin-
N = ma
N - mgcos= 0
解得:a = gsin-
gcos
=2m/s2(2)由vc2= 2as,
求出:vc = 2m/s
(3)由牛顿运动定律:
由0 - vc2 = 2(- )
解得:= 2.0m
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